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

Опорный конспект по биологии 10 класс. Профильный класс. Тема: Углеводы, липиды

Опорный конспект 10 класс. Профильный класс.

Углеводы. Липиды.

Цель: продолжить изучать особенности строения и функции углеводов и липидов, как необходимых компонентов клеток.

Задачи: углубленно изучить особенности строения органических веществ,

сформировать знания о строении и функциях углеводов, охарактеризовать их многообразие,

продолжить формирование навыков работы с дополнительной литературой, навыков работы в группе.

Изучение нового материала.

1.Улеводы

А) 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.

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 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.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Их делят на простые — моносахариды (от греч. «монос» — один) и сложные — полисахариды (от греч. «поли» — много).

В) Классификация углеводов

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.

Полисахариды:

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.

Г) Функции углеводов. 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 г воды. 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 муреина – в состав этого соединения входят остатки как моносахаридов, так и аминокислот.

3.‬ Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др.).‬

4.‬ 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.‬

Задание 1: самостоятельная работа 10 мин. Прочитайте текст выше и текст учебника стр. 16-18, заполните таблицу. 10 мин.

За каждый правильный ответ – 1 балл. Всего – 11баллов.

Характеристика	Значение
Состав простейших углеводов
Формула углеводов
Самый простой углевод
Источник энергии
Классификация углеводов	А Б В
Функции углеводов	1 2 3 4

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO2 и Н2O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

Задание 2.Работа в парах. 10 мин. Прочитайте текст выше и текст учебника стр. 18-19, заполните таблицу. 10 мин.

За каждый правильный ответ – 1 балл. Всего – 9 баллов.

Характеристика	Значение
Виды липидов
Состав липидов
Отношение к воде
Источник энергии
Функции липидов	1 2 3 4 5

Выходной контроль. Самостоятельная работа 15 мин.

За каждый правильный ответ – 1 балл

За 1 задание — 10 баллов

За 2 задание – 8 баллов

За 3 задание – 7 баллов

Всего – 29 баллов

1. Распределить свойства и функции, свойственные липидам или углеводам (под цифрами поставить буквы)

А. липид,

Б. углевод.

1. Выделяет 39,1 кДж энергии

2. Гидрофильные вещества

3. Состоит из жирной кислоты и глицерина.

4. Состоит воды и углерода.

5. Самое распространенное вещество – глюкоза.

6. Низкомолекулярные – растворимы в воде, высокомолекулярные — нет.

7. Нерастворимы в воде.

8. Больше всего содержится в подкожной клетчатке.

9. дает 17,2 кДж энергии

10. гидрофобное вещество

1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.

2. Распределить углеводы по моно-, ди-, полисахаридам.

1. глюкоза, 3. гликоген, 5. рибоза, 7. фруктоза,

2. крахмал, 4. сахароза, 6. хитин, 8. мальтоза.

А.	моносахариды
Б.	дисахариды
В.	полисахариды

3. Выполните тестовые задания:

1.В состав углеводов входят элементы:

А) — C, H, N   Б) — С, Н,О В) — Н,О,Р Г) — C,N,O

2. Мономером крахмала является:

1- аминокислота 2- дезоксирибоза 3- глюкоза 4- фруктоза

3. В качестве запасного вещества животные накапливают:

1- крахмал, 2- гликоген 3- целлюлозу, 4- сахарозу

4. В состав наружного скелета членистоногих и клеток грибов входит:

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

5. Крахмал- продукт фотосинтеза, поэтому входит только в состав:

1- клеток растений

2- клеток растений и грибов

3- клеток животных и клеток грибов

6. Наибольшее количество энергии выделяется при расщеплении 1 грамма:

1 – жира 2 – глюкозы 3 – белка 4 — воды

7. К каким веществам по отношению к воде относятся липиды:

1- хорошо растворимы воде 2- плохо растворимы в воде

баллы	Отметка за урок
45-41	5	Ура! Ты молодец!
40-34	4	Очень неплохо! Повтори параграф
33-24	3	Не унывай! У тебя все получится!
23 и менее	2	Внимательно прочитай параграф и ответь на вопросы к параграфу

Д. з. п. 2., записи в тетради, учить. Подготовка к тесту.

Углеводы: свойства и роль — Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь

Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь — Новая программа

Этот учебник можно скачать в PDF формате на сайте тут.

Углеводы, углеводы, из углерода и воды!

У всех жителей Природы не выходите вы из моды,

И без вас, углеводы, как без кислорода и воды.

От автора

Основные понятия и ключевые термины: УГЛЕВОДЫ. Моносахариды. Дисахариды. Полисахариды.

Вспомните! Что такое малые молекулы и макромолекулы?

Подумайте!

Углеводы являются неотъемлемой химической составляющей частью клеток всех без исключения организмов планеты Земля. Но особенно много этих соединений содержится в растительных клетках — около 80 %, в то время, как в животных клетках — всего около 2 %.

По вашему мнению, почему?

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы свойства углеводов?

Первые исследованные углеводы имели сладкий вкус, поэтому их ещё часто называют сахаридами, или сахарами.

Это важный компонент организмов, источник их энергии и строительный материал.

В живой природе углеводы являются самыми распространёнными по массе органическими соединениями. Их общая формула — C_n(Н₂О)_m, откуда и исходное название углеводов (углерод и вода). Некоторые углеводы могут также содержать азот (например, хитин), серу (например, пектины), фосфор и др. Образуются углеводы в клетках автотрофных организмов (растений, цианобактерий, железобактерий) из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Гетеротрофные организмы (животные, грибы) образуют углеводы из готовых органических веществ, поступающих с пищей. В живых клетках из углеводов синтезируются аминокислоты, жирные кислоты, витамины. Углеводы могут превращаться в липиды. Следовательно, без преувеличения, углеводы называют основой жизни.

Всем известны такие углеводы, как глюкоза и сахароза (ил. 9). Для них характерны растворимость, способность к кристаллизации и сладкий вкус.

Но с увеличением молекулярной массы углеводов эти свойства ослабляются и исчезают, например у крахмала.

Ил. 9. Наиболее распространённые углеводы: 1 — моносахарид глюкоза; 2 — дисахарид сахароза; 3 — полисахарид крахмал

Углеводы способны к бескислородному и кислородному расщеплению, что обусловливает их ведущую роль в обеспечении всех клеток энергией. Более ²/3 энергетических потребностей организма удовлетворяется в результате использования углеводов. Продуктами полного расщепления углеводов являются СО₂ и Н₂О.

Итак, УГЛЕВОДЫ (сахара) — органические соединения, в состав которых входят Карбон, водород и кислород.

Как классифицируют углеводы?

Углеводы по химическому составу могут быть простыми и сложными. Простые углеводы образованы в соответствии с общей формулой C_n(H₂O)_m, а сложные углеводы — вследствие взаимодействия молекул простых углеводов с молекулами липидов, белков, серной кислотой (например, гликолипиды, гликопротеиды). Но чаще всего углеводы, в зависимости от способности к гидролизу, разделяют на три класса: моно-, олиго- и полисахариды.

Моносахариды (от греч. монос — один) — это группа углеводов, молекулы которых в своем составе содержат от 3 до 10 атомов углерода. Это простые углеводы, они не подвергаются гидролизу. По физическим свойствам — это белые кристаллические вещества, сладкие на вкус (самой сладкой является фруктоза: в 5 раз слаще глюкозы), хорошо растворимые в воде.

В биохимии углеводов уже описано более 50 различных природных моносахаридов. Важнейшее значение в живой природе имеют пентозы (молекулы содержат 5 атомов углерода) и гексозы (6 атомов углерода). Из пентоз известны рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав рибонуклеиновых (РНК) и дезоксирибонуклеиновых (ДНК) кислот. В природе наиболее распространёнными гексозами являются глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар), от содержания которых зависит сладкий вкус ягод, мёда.

Дисахариды (от греч. дуос — два) — полимерные углеводы, в которых два остатка моносахаридов соединены ковалентными связями. Общая химическая формула дисахаридов — C₁₂H₂₂O₁₁.

При нагревании с водой или под действием ферментов подвергаются гидролизу и разлагаются на две молекулы моносахаридов. Наибольшее значение в живой природе имеют: свекольный сахар — сахароза, молочный сахар — лактоза, солодовый сахар — мальтоза. Дисахариды, как и моносахариды, имеют приятный сладкий вкус, несколько слабее растворяются в воде и кристаллизуются.

Полисахариды (греч. поли — многочисленный) — полимерные углеводы, образованные из многих остатков моносахаридов. Эти соединения под каталитическим влиянием кислот или ферментов-амилаз подвергаются гидролизу с образованием множества моносахаридов.

Наиболее распространённые углеводы организмов

І. Моносахариды: А. Пентозы: рибоза, дезоксирибоза Б. Гексозы: глюкоза, фруктоза

ІІ. Дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза

ІІІ. Полисахариды: крахмал, целлюлоза, хитин, гликоген

Молекулярная масса некоторых полисахаридов может достигать нескольких миллионов. Они образуют линейные (например, целлюлоза, или клетчатка) и разветвлённые (например, гликоген) цепи. Полисахариды не кристаллизуются, несладки на вкус, среди них есть нерастворимые в воде (например, целлюлоза, хитин, крахмал), некоторые способны образовывать гели (например, агар, пектины), а некоторые — гидрофильные вещества (например, гликоген). В зависимости от функций полисахариды разделяют на структурные, резервные и защитные.

Итак, углеводы могут классифицировать по химическому составу, способностью к гидролизу и функциями.

Какова биологическая роль углеводов?

Основными функциями углеводов в жизнедеятельности организмов является структурная (строительная), энергетическая, трофическая, резервная, защитная, рецепторная и регуляторная.

Структурная функция. Полисахариды образуют покровы членистоногих, клеточные стенки грибов (хитин) (ил. 10), растений (целлюлоза), бактерий (муреин), мембраны животных клеток (гликолипиды и гликопротеиды). Молекулы моносахаридов участвуют в образовании нуклеотидов РНК и ДНК (рибоза и дезоксирибоза), олиго- и полисахаридов (глюкоза, галактоза).

Энергетическая функция. Углеводы являются основным источником энергии для клеток. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Это несколько меньше, чем при разложении жиров, но расщепление углеводов идёт быстрее.

Резервная функция. Углеводы откладываются про запас и постепенно потребляются в процессе обмена: у животных и грибов (гликоген), у растений (крахмал, ламинарин, инулин).

Ил. 10. Клеточные стенки грибов и экзоскелет раков содержат хитин

Защитная функция. Углеводы используются для заживления и защиты ран у растений (камеди и слизи), для склеивания частиц пищи в комочки в составе слюны (муцин), как ингибиторы свёртывания крови (гепарин), для связывания и удаления из организма радионуклидов (пектины).

Рецепторная функция. Гликолипиды и гликопротеиды участвуют в образовании клеточных мембран и восприятии клеткой раздражений, распознавании и межклеточном взаимодействии и т. п.

Регуляторная функция. При участии углеводов клеточного сока происходят осморегуляторные процессы, которые поддерживают напряжённое (тургорное) состояние растительных клеток.

Итак, углеводы являются составной частью всех клеток и обеспечивают жизненно важные функции всех организмов.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Кроссворд «Углеводы»

1. Запасающий полисахарид животных и грибов.

2. Полисахарид, который образует экзоскелет насекомых.

3. Растительный клей.

4. Свекольный сахар.

5. Виноградный сахар.

6. Солодовый сахар.

7. Гормон, регулирующий обмен углеводов.

8. Моносахарид, являющийся частью РНК.

В случае правильного решения кроссворда в выделенных клетках вы получите название химических реакций разложения веществ в присутствии воды с образованием новых молекул.

Биология + Математика

Названия групп моносахаридов образовывают от греческого названия числительного, соответствующего этому количеству с добавлением окончания -оза (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы, нанозы, декозы). Сопоставьте приставки, заимствованные из греческих количественных числительных, с арабскими и римскими цифрами.

Пента-	Три-	Тетра-	Гепта-	Гекса-	Окто-	Дека-	Нона-	Ундека-	Додека-
5
V

ОТНОШЕНИЕ

Приведите примеры пищевых продуктов, содержащих углеводы. Укажите их значение и сделайте вывод о необходимости принятия человеком углеводных пищевых продуктов.

РЕЗУЛЬТАТ

Оценка	Задания для самоконтроля
1-6	1. Что такое углеводы? 2. Приведите примеры углеводов. 3. Что такое моносахариды, дисахариды, полисахариды? 4. Приведите примеры и функции моносахаридов.
7-9	5. Приведите примеры и функции дисахаридов. 6. Приведите примеры и функции полисахаридов. 7. Каковы особенности строения и свойства углеводов? 8. Как классифицируют углеводы? 9. Какова биологическая роль углеводов?
10-12	10. Обоснуйте необходимость употребления человеком углеводных пищевых продуктов.

Попередня

Сторінка

Наступна

Сторінка

Зміст



Биология 2е, Химия жизни, Биологические макромолекулы, Углеводы

Стехиометрическая формула (CH ₂ O) _n , где n – число атомов углерода в молекуле e представляет собой углеводов . 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 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 рисунке показаны моносахариды.

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 запасают избыток глюкозы в виде катаболизированного (расщепление более крупных молекул клетками) 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 (рисунок).

Художественное соединение

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.

Какие это 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 линейной цепи или в виде кольцевых молекул. В водных растворах они обычно имеют кольцевую форму (рис.). 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 ).

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 числом 9.0063 гликозидная связь (рисунок). Гликозидные связи (или гликозидные связи) могут быть альфа- или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 находится выше плоскости кольца.

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 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.

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 крахмал в виде сахаров. В растениях эти сахара содержатся в смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыточную глюкозу 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 рисунке, неразветвленные цепи мономера глюкозы (всего α 1-4 связей) образуют крахмал; тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках разветвления).

Амилоза и амилопектин представляют собой две разные формы крахмала. Неразветвленные цепи мономеров глюкозы содержат амилозу на α 1-4 гликозидные связи. Неразветвленные 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 людей 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 (рисунок).

В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается по отношению к следующему, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке, все остальные мономеры глюкозы в целлюлозе перевернуты, 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 целлюлозой, и использовать его в качестве источника 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 рисунке). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина , которая представляет собой полисахарид, содержащий азот. 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.

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

Career Connections

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 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).

Химия биологии: углеводы

Углеводы представляют собой органические соединения, организованные в виде кольцевых структур и всегда состоящие из элементов углерода, водорода и кислорода. Углеводы — это настоящие гидраты углерода, потому что отношение атомов водорода к атомам кислорода всегда почти 2:1, как в H ₂ O.

У них также много функций. Большая часть энергии, которую вы получаете, поступает из углеводов, которые вы едите. Растения производят углеводы, такие как пшеница, кукуруза и картофель. Углеводы обычно потребляются животными, либо поедая растение, которое их произвело, либо поедая других животных. Люди также получают углеводы из цельного зерна, фруктов, овощей, молока, конфет, безалкогольных напитков и макарон.

Насекомые производят углеводный хитин в качестве прочного экзоскелета для защиты, а омары и крабы используют хитин для изготовления своих панцирей. Наконец, целлюлоза, вероятно, является наиболее широко используемым углеводным соединением, содержащим древесину и изделия из дерева, такие как бумага.

Моносахариды

Простейшими биологически важными углеводами являются моносахариды , что означает один сахар (моно = один, сахарид = сахар). Общая формула любого углевода: (CH ₂ O) _x , где x — любое число от трех до восьми. Наиболее распространенными моносахаридами (гексозами) являются глюкоза, галактоза и фруктоза.

Глюкоза — простейший моносахарид и, вероятно, самый знакомый сахар, особенно если вы были в больнице. В природе глюкоза — это сахар, который зеленые растения производят в процессе фотосинтеза . Он также является основным источником энергии для клеток. Медицинские процедуры часто требуют внутривенного введения глюкозы, чтобы выздоравливающие пациенты могли быстрее восстановить силы. Галактоза содержится в молоке, а фруктоза придает фруктам сладкий вкус. Хотя химическая структура каждого сахара отличается, химическая формула одинакова: C ₆ Н ₁₂ О ₆ .

Дисахариды

Моносахариды соединяются вместе посредством синтеза дегидратации с образованием дисахаридов или двойных сахаров (ди = два). Реакция синтеза дегидратации высвобождает дегидратацию воды в качестве побочного продукта. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза, также известная как столовый сахар, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Другие распространенные дисахариды включают мальтозу (солодовый сахар) и лактозу (молочный сахар).

Полисахариды

Дальнейшая дегидратация объединяет больше молекул сахара, образуя длинные цепи, известные как полисахариды . Полисахарид обычно относится к углеводному полимеру, состоящему из сотен и даже тысяч моносахаридов, ковалентно связанных друг с другом. Клетки используют полисахариды по ряду причин, включая запасание избыточной глюкозы в виде крахмала у растений и гликогена у животных. Крупная полисахаридная целлюлоза является структурным компонентом растений, который придает им жесткость и гибкость.