Особенность строения углеводов: Строение углеводов – особенности и классификация молекул кратко

Содержание

Углеводы строение и функции — химия, презентации

Углеводы. Строение и функции

Цели урока:

Продолжить знакомство с основными классами органических соединений.
Познакомиться со строением и функциями углеводов

Химический состав клетки

Органические вещества клетки

Белки -10-20%
Жиры — 1-5%
Углеводы — 0,2-2,0%
Нуклеиновые кислоты — 1-2%
Низкомолекулярные органические вещества – 0,1-0,5%

Классификация углеводов

Группы углеводов

Особенности

строения молекулы

Моносахариды

Свойства углеводов

Число атомов С

С3-триозы

С4-тетрозы

С5-пентозы

С6-гексозы

Олигосахариды

Бесцветны, хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус.

Сложные углеводы. Содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков

Полисахариды

Хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус.

Сложные углеводы, состоящие из большого числа мономеров-простых сахаров и их производных

С увеличением числа мономерных звеньев растворимость уменьшается, исчезает сладкий вкус. Появляется способность ослизняться и набухать

Моносахариды

Дезоксирибоза

С 5 Н 10 О 5

Значение:

Входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов

С 5 Н 10 О 4

Значение:

Входит в состав ДНК

Моносахариды

С 6 Н 12 О 6

Значение:

Источник энергии; входит в состав гликозидов, в свободном состоянии содержится в тканях растений, животных, человека; является мономером полисахаридов, гликогена, крахмала, клетчатки.

Моносахариды

С 6 Н 12 О 6

Значение:

Входит в состав сахарозы, других олигосахаридов, полисахаридов

С 6 Н 12 О 6

Значение :

Входит в состав полисахаридов, слизей, в состав дисахаридов, агар-агара

Олигосахариды

Состав:

Глюкоза + фруктоза

Значение:

Используется в питании человека

Полисахариды

Гликоген — содержится в тканях животных, человека, бактериях, цианобактериях; выполняет роль резервного полисахарида
Целлюлоза — входит в состав клеточных стенок растительных клеток
Хитин — образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов
Муреин – входит в состав клеточной стенки бактерий

Полисахариды

Крахмал — полимер. Мономеры молекулы глюкозы.

Значение

Резервный полисахарид растительных клеток

Подумайте!!!!

Приведите примеры углеводов, известных вам из курса ботаники и анатомии
В клубнях картофеля – крахмал;
В свекле, моркови – сахар;
В оболочках растительных клеток – целлюлоза
В клетках печени — гликоген

Получение углеводов

В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода и воды в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнечной энергии с участием зелёного пигмента растений — хлорофилла.

6СО 2 + 6Н 2 О 

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Функции углеводов

1. Энергетическая.

Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека

, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17 , 6 кДж энергии .

2. Структурная.

Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.

3. Запасающая.

Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных

Применение углеводов

Углеводы применяют в качестве:

лекарственных средств,
для производства бездымного пороха (пироксилина),
взрывчатых веществ,
искусственных волокон (вискоза).
огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта (гидролизный), уксусной кислоты.

Животные и человек не способны синтезировать углеводы и получают их с различными продуктами растительного происхождения

Проверь свои знания

В составе каких организмов больше углеводов?

С каким важным процессом, протекающим в растительных организмах. Связано большое содержание в них углеводов по сравнению с животными?

Какие углеводы служат энергетическим резервом у растений ? Какие у животных?
Ответь на вопросы теста.

Подготовила Рогова Елена Валентиновна учитель химии, биологии МКОУ Васильевская ООШ

Углеводы клетки их функции, классификация

Углеводы (сахара) — это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп. Общая формула углеводных соединений записывается как С_x(Н₂О)_y где x и y могут иметь разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Классификация углеводов

Особенности строения, структура, функции

Представители

Моносахариды

(растворимые углеводы)

Это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка, при одном из атомов углерода которой находится карбонильная группа (=С=O), а при всех остальных — по одной гидроксогруппе (-ОН).

В зависимости от числа атомов углерода выделяют триозы (х = 3), тетрозы (х = 4), пентозы (х = 5), гексозы (х = 6) и т. д.

В зависимости от того, входит в состав моносахарида альдегидная (-CНO) или кетогруппа (-CO-), их разделяют на альдозы (R-CHO) и кетозы (R₁-CO-R₂).

Стереоизомерия моносахаридов — все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы, они одинаковы по составу и молек. массе, но различны по строению или расположению атомов. Ниже пример слева D-глицеральдегид, а справа L-глицеральдегид

Глюкоза,

фруктоза,

пентоза

Олигосахариды

(дисахариды)

Олигосахариды — это короткие (часто из 6-12 единиц) продукты конденсации моносахаридов. Они могут связываться с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) и формировать гликокаликс — внешнюю оболочку животной клетки. Они также играют важную роль в межклеточном узнавании и в иммунном ответе.

Среди дисахаридов наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза:

глюкоза + глюкоза = мальтоза;

глюкоза + галактоза = лактоза;

глюкоза + фруктоза = сахароза.

В природных дисахаридах кольца моносахаридов объединены гликозидными связями. Они чаще всего образуются между альдегидной или кетогруппой (т.е. редуцирующей группой) одного моносахарида и гидроксильной группой другого.

Мальтоза,

сахароза,

лактоза

Полисахариды

Полисахариды являются биологическими полимерами, образующиеся из моносахаридных субъединиц (мономеров) путем гликозидного связывания, в первую очередь D-глюкозы. Субъединицы объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекул воды), а разделяются путем гидролиза (разрушение связей с участием воды). Плохо растворяются в воде. Необходимы для жизнедеятельности животных и растений.

целлюлоза,

крахмал,

гликоген,

хитин.

Таблица углеводов и их функции

Углевод	Функции и строение углеводов
Углеводы моносахариды
Глюкоза (декстроза или D-глюкоза)	Представляет собой моносахарид (одиночный сахар) с эмпирической формулой С_nН_2nО_n. Она относится к гексозам, так как их молекулы имеют шесть атомов углерода. Наиболее распространенный дыхательный субстрат (т.е. источник энергии). источник энергии живых организмов — входит в состав переносчиков электронов NAD, РАD и NADР и переносчика энергии аденозинтрифосфата (АТР).
Фруктоза	Изомер глюкозы С_nН_2nО_n , один из наиболее распространенных в природе сахаров. Компонент семенной жидкости. Пищевым источником являются фрукты. Примерно 1 из 20000 человек страдает непереносимостью фруктозы, которая может привести к повреждению печени и почек или к гипогликемии.
Углеводы олигосахариды
Сахароза (глюкозо-фруктоза)	Наиболее распространена в растениях. Сахарозу получают обычно из сахарного тростника и сахарной свеклы и используют как подсластитель.
Лактоза (глюкозо-галактоза)	Источник углеводов для детенышей млекопитающих. В молоке содержится около 5% лактозы.
Углеводы полисахариды
Крахмал	Крахмал состоит из двух полимеров а-глюкозы: амилоза обычно содержит около 300 молекул глюкозы, соединенных а-1,4-гликозидными связями. Из-за массивных боковых цепей на стороне -СН₂ОН молекула принимает форму спирали (наиболее удачна для упаковки большого количества субъединиц в ограниченном пространстве). Поскольку молекула крахмала имеет так мало свободных концов, гидролизующий фермент амилаза имеет мало доступных точек для ее расщепления. Благодаря этому крахмал — превосходное запасное вещество.
Амилопектин	Это разветвленная цепь, включающая до 1500 глюкозных субъединиц. Отдельные а-1,4-цепи связаны между собой а-1,6-гликозидными связями.
Гликоген	Это полимер а-глюкозы, очень похожий на амилопектин, но с гораздо меньшим количеством поперечных связей и с более короткими а-1,4-цепями. Это больше подходит животным клеткам, которые запасают питательные вещества на менее долгие сроки, чем растительные клетки.
Целлюлоза	Целлюлоза — это полимер глюкозы, соединенной β-1,4-гликозидными связями. При β-конформации каждая последующая субъединица переворачивается, так что полимер имеет форму прямой цепи. Затем параллельные полисахаридные цепи связываются поперечными водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасной структурной молекулой (целлюлозные клеточные стенки). Она идеальна для растений, которые легко могут синтезировать большое количество углеводов.
Хитин	Структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак — Минск — 2011.

Углеводы | Tervisliku toitumise informatsioon

Углеводы являются главным источником энергии в организме. Энергия, получаемая с содержащимися в пище углеводами, в основном вырабатывается из крахмала и сахаров, а также (в меньшей степени) из пищевых волокон и сахарных спиртов.

Основными источниками углеводов являются зерновые и картофель. Фрукты, фруктовый сок, ягоды и молоко также содержат сахара (моно- и дисахариды). Сладости, сладкие напитки, фруктовые сиропы, подслащенные кондитерские изделия и молочные продукты со вкусовыми добавками – основные источники добавленных сахаров. Добавленными сахарами называются сахара, добавляемые в продукты в процессе их обработки или приготовления.

Понятия «углевод» и “сахар” – не одно и то же. Сахар – это условное обиходное понятие, используемое в основном в отношении сахарозы (т.н. столовый сахар), а также других водорастворимых простых углеводов со сладким вкусом (моно- и дисахариды, такие как глюкоза, фруктоза, лактоза, мальтоза).

Углеводы должны покрывать 50–60% суточной потребности в пищевой энергии.
Энергия, получаемая с добавленным сахаром, не должна превышать 10% суточной пищевой энергии.

Человеку с суточной потребностью в энергии 2000 ккал за день следует употреблять: от 0,5 x 2000 ккал / 4 ккал = 250 г до 0,6 x 2000 / 4 ккал = 300 г углеводов. При суточной потребности в энергии 2500 ккал рекомендуемое дневное количество углеводов 313–375 г, при 3000 ккал – 375–450 г.

Наш организм, а в особенности мозг, нуждается в постоянном снабжении глюкозой, обеспечивающей эффективность и результативность его работы. При длительном недостатке углеводов организм начинает синтезировать глюкозу из собственных белков, из-за чего заметно снижается его защитная способность в отношении факторов внешней среды.

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на две больших группы:

В первую входят углеводы, которые перевариваются и всасываются, снабжая клетки тела в основном глюкозой, то есть гликемические углеводы (крахмал и сахара).

Во вторую группу входят пищевые волокна.

Глюкоза – основное «топливо» для большинства клеток тела. Она откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. Гликоген печени используется для поддержания в норме уровня глюкозы в крови в перерывах между едой, гликоген мышц является основным источником мышечной энергии.

В пищеварительном тракте человека, питающегося богатой крахмалом пищей, происходит расщепление крахмала, в результате которого образуется большое количество глюкозы. Наиболее богаты крахмалом зерновые и картофель.

Они не перевариваются и направляются в кишечник, образуя необходимый для его микрофлоры субстрат.

Углеводы выполняют в организме множество функций:

являются главным источником энергии в организме: 1 грамм углеводов = 4 ккал,
входят в состав клеток и тканей,
определяют группу крови,
входят в состав многих гормонов,
выполняют защитную функцию в составе антител,
играют роль запасного вещества в организме: аккумулирующийся в печени и мышцах гликоген – временный запас глюкозы, которой организм при необходимости может легко воспользоваться,
пищевые волокна необходимы для исправной работы пищеварительной системы.

Основные углеводы и их лучшие источники:

Моно- и дисахариды*, то есть простые углеводы, то есть сахара
Глюкоза, или виноградный сахар	мед, фрукты, ягоды, соки
Фруктоза, или фруктовый сахар	фрукты, ягоды, соки, мед
Лактоза, или молочный сахар	молоко и молочные продукты
Мальтоза, или солодовый сахар	зерновые продукты
Сахароза, или столовый сахар	сахарный тростник, сахарная свекла, столовый сахар, сахаросодержащие продукты, фрукты, ягоды
Олигосахариды
Мальтодекстрин	вырабатывается из крахмала, используется преимущественно как БАД. Содержится также в пиве и хлебе
Рафиноза	бобовые
Полисахариды
Крахмал	картофель, зерновые продукты, рис, макаронные изделия
Пищевые волокна (целлюлоза, пектин)	зерновые, фрукты

* дисахариды по структуре относятся к олигосахаридам

Пищевые волокна

Пищевые волокна содержатся только в растениях, например, целлюлоза и пектин встречаются в основном в цельнозерновых продуктах, фруктах и овощах, а также бобовых.

Обитающие в кишечнике микроорганизмы способны частично расщеплять пищевые волокна, которые являются пищей для микробов пищеварительного тракта, в свою очередь важных для защитных сил организма человека.

Пищевые волокна:

увеличивают объем пищевой кашицы, вызывая тем самым ощущение сытости,
ускоряют продвижение пищевой массы по тонкому кишечнику,
способствуют предотвращению запоров и могут предотвращать некоторые формы рака, заболевания сердечно-сосудистой системы и диабет II типа,
облегчают вывод из организма холестерина,
замедляют всасывание глюкозы, предотвращая слишком резкое возрастание уровня сахара в крови,
помогают поддерживать нормальную массу тела.

Пищевые волокна в организме не всасываются, но, благодаря частичному разложению в кишечнике под действием микрофлоры пищеварительного тракта, образуют жирные кислоты с короткой молекулярной цепью и дают около 2 ккал/г энергии.

Пищевые волокна можно подразделить на водорастворимые и нерастворимые. Поскольку они выполняют разные функции, следует ежедневно употреблять продукты, содержащие пищевые волокна обоих видов:

Овес, рожь, фрукты, ягоды, овощи и бобовые (горох, чечевицу, фасоль) – хорошие источники водорастворимых пищевых волокон.
Цельнозерновые продукты (ржаной хлеб, цельнозерновой пшеничный хлеб, сепик, крупы, цельнозерновые хлопья, цельнозерновой рис) – хорошие источники не растворимых в воде пищевых волокон.

Взрослый человек должен получать от 25 до 35 г пищевых волокон в день в зависимости от суточной потребности в энергии (ок. 13 г пищевых волокон на 1000 ккал).

Рекомендуемое суточное количество пищевых волокон для ребенка старше одного года составляет 8–13 г на 1000 ккал потребленной энергии. Рекомендуемое суточное количество для ребенка можно приблизительно подсчитать по формуле «возраст + 7». Чрезмерное употребление пищевых волокон не рекомендуется, поскольку возникает опасность, что какое-либо необходимое организму минеральное вещество окажется связанным в труднорастворимом соединении, и организм не сможет его усвоить.

Сахар

Большинство людей норовят употреблять слишком много сахара, поскольку едят много сладостей, пирожных, выпечки и других богатых сахаром продуктов, пьют прохладительные и соковые напитки. Сахаров, содержащихся в необработанных продуктах, например, во фруктах и молоке, опасаться не стоит. Прежде всего следует сокращать употребление пищи, содержащей добавленный сахар.

Сахар добавляют во многие продукты, но больше всего его содержат:

прохладительные и соковые напитки: например, 500 мл лимонада могут содержать до 50 г, то есть 10-15 чайных ложек сахара,
сладости, конфеты, печенье,
варенье,
пирожные, торты, булочки, пудинги,
мороженое.

Основными недостатками многих богатых сахаром продуктов является, с одной стороны, относительно высокое содержание энергии, а с другой – как правило, довольно низкое содержание витаминов и минеральных веществ. Кроме того, многие насыщенные сахаром продукты содержат и много жира – например, шоколад, печенье, булочки, пирожные и мороженое.

Богатыми сахаром продуктами и напитками можно повредить зубы, если не уделять достаточного внимания гигиене полости рта. Зубы следует тщательно чистить не менее 2 раз в день, а между приемами пищи очищать, например, с помощью жевательной резинки. Если сахара, содержащиеся во фруктах, не так уж сильно вредят зубам, то в составе соков их структура уже расщеплена, и потому они настолько же вредны для зубов, как и любая другая богатая сахаром пища, особенно если употреблять их часто. Выпивать стакан фруктового сока в день все же рекомендуется (причем желательно вместе с пищей), поскольку он обогащает наш стол витаминами, минералами и фитохимикатами.

Употреблять меньше сахара – задача решаемая!

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды.

Углеводы.

Общая формула Сn (h3O)n: углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.

Таблица. Сравнение классов углеводов.

Растворимые в воде углеводы.

Моносахариды:
глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания;
фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков;
рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

Дисахариды:
сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;
лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих;
мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.

Функции растворимых углеводов:

транспортная,
защитная,
сигнальная,
энергетическая.

Нерастворимые углеводы

полимерные:
крахмал,
гликоген,
целлюлоза,
хитин.

Функции полимерных углеводов:

структурная,
запасающая,
энергетическая,
защитная.

Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Гликоген – запасное вещество животной клетки.

Таблица. Наиболее распространенные углеводы.

Таблиица.Основные функции углеводов.

Липиды.

Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

Функции липидов:

Запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных.
Энергетическая – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка.
Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений.
Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло.
Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.
Питательная – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма.
Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.
Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.

Таблица. Основные функции липидов.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Часть А

А1. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота
2) глюкоза
3) нуклеотид
4) целлюлоза

А2. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза
2) крахмал
3) хитин
4) гликоген

А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка
2) 10 г глюкозы
3) 10 г жира
4) 10 г аминокислоты

А4. Какую из функций липиды не выполняют?
1) энергетическую
2)каталитическую
3) изоляционную
4) запасающую

А5. Липиды можно растворить в:
1) воде
2) растворе поваренной соли
3) соляной кислоте
4) ацетоне

Часть В

В1. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов

В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая
2) транспортная
3) сигнальная
4)строительная
5) защитная
6) энергетическая

ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная
2) энергетическая
3) запасающая
4) ферментативная
5) сигнальная
6) транспортная

В4. Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке:

РОЛЬ СОЕДИНЕНИЯ В КЛЕТКЕ

СОЕДИНЕНИЕ

А) быстро расщепляются с выделением энергии
Б) являются основным запасным веществом растений и животных
В) являются источником для синтеза гормонов
Г) образуют теплоизолирующий слой у животных
Д) являются источником дополнительной воды у верблюдов
Е) входят в состав покровов насекомых

1) углеводы
2) липиды

Часть С

С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?

Приемная комиссия БГМУ

Программа вступительных испытаний по биологии

Общие указания

На экзамене по биологии поступающий в высшее учебное заведение должен показать:

знание главнейших понятий, закономерностей и законов, касающихся строения, жизни и развития растительного, животного и человеческого организмов, развития живой природы;
знание строения и жизни растений, животных, человека, основных групп растений и классификации животных;
умение обосновывать выводы, оперировать понятиями при объяснении явлений природы с приведением примеров из практики сельскохозяйственного и промышленного производства, здравоохранения и т.д. Этому умению придается особое значение, так как оно будет свидетельствовать об осмысленности знаний, о понимании излагаемого материала экзаменующимся.

1. Биология как наука.

Биология — наука о живой природе. Вклад биологии в формирование современной научной картины мира и общей культуры личности. Значение биологической науки для сельского хозяйства, промышленности, медицины, охраны природы. Методы биологии. Уровни организации живого: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный. Свойства живых систем: особенности химического состава, обмен веществ и энергии, открытость, рост, самовоспроизведение, наследственность и изменчивость, раздражимость, саморегуляция; их проявление уживотных, растений, грибов и бактерий.

2. Строение и функционирование клетки.

Основные положения клеточной теории, ее значение в современной науке. Клетка — структурная и функциональная единица живого. Клеточное строение организмов как отражение единства живой природы.

Химический состав клеток. Содержание химических элементов в клетке. Вода, минеральные соли и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности. Особенности структуры и функции органических веществ: белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот в связи с их функциями. Строение и функции органоидов клетки; взаимосвязь этих компонентов как основа ее целостности.

Многообразие клеток. Прокариотные и эукариотные клетки. Особенности строения клеток растений, животных и грибов. Вирусы — неклеточные формы. Роль вирусов как возбудителей заболеваний, их профилактика.

Клеточный метаболизм и его составляющие — ассимиляция (анаболизм) и диссимиляция (катаболизм). Пластический и энергетический обмен. Ферменты, их свойства и роль в метаболизме. Основные этапы пластического обмена. Репликация ДНК. Гены. Генетический код и его свойства. Транскрипция. Трансляция. Роль матричных процессов в реализации наследственной информации. Автотрофные и гетеротрофные организмы. Этапы фотосинтеза и роль хлорофилла в этом процессе. Биосферное значение фотосинтеза. Хемосинтез. Основные этапы энергетического обмена. Брожение и клеточное дыхание, метаболическая роль кислорода. Роль АТФ в энергетическом и пластическом обмене. Взаимосвязь энергетического и пластического обмена.

3. Размножение и индивидуальное развитие организмов.

Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Митоз и мейоз — основные способы деления эукариотной клетки. Интерфаза. Этапы митоза и мейоза. Значение митоза и мейоза. Половое и бесполое размножение, их роль в природе. Способы бесполого размножения у животных, растений и грибов. Развитие половых клеток. Оплодотворение у животных и растений. Двойное оплодотворение — особенность цветковых растений. Чередование полового и бесполого поколений (гаметофита и спорофита) у растений.

Онтогенез – индивидуальное развитие организма, основные этапы онтогенеза. Эмбриональное и постэмбриональное развитие. Основные этапы развития зародыша (на примере животных). Прямое развитие и развитие с метаморфозом (непрямое). Понятие жизненного цикла.

4. Основы генетики и селекции.

Генетика — наука о наследственности и изменчивости организмов. Основные методы генетики. Гибридологический анализ, моно-, ди- и полигибридное скрещивание. Основные понятия генетики: ген, аллель, признак, гомозигота и гетерозигота, доминантность и рецессивность, генотип, фенотип и норма реакции. Законы наследственности, установленные Г. Менделем, и условия их выполнения. Цитологические основы выполнения законов Г.Менделя. Полное и неполное доминирование.

Хромосомная теория наследственности. Сцепленное наследование и его цитологические основы, нарушение сцепления. Кроссинговер (перекрест хромосом) и его значение. Генетическое определение пола, половые хромосомы и аутосомы, наследование признаков, сцепленных с полом. Генотип как целостная исторически сложившаяся система. Понятие о взаимодействии и множественном действии генов. Роль генотипа и факторов внешней среды в формировании фенотипа.

Формы изменчивости организмов: модификационная и наследственная изменчивость, мутационная и комбинативная изменчивость, их роль в природе. Причины мутаций. Влияние окружающей среды на мутационный процесс, мутагены. Главные источники комбинативной изменчивости: независимое поведение гомологичных хромосом в мейозе, кроссинговер, оплодотворение. Значение генетики для здравоохранения. Наследственные заболевания человека и меры их профилактики. Влияние радиоактивного излучения и химических мутагенов (в том числе никотина, алкоголя и наркотических веществ) на наследственность человека.

Генетика — теоретическая основа селекции. Порода животных и сорт растений. Основные методы селекции растений и животных: мутагенез, полиплоидия, гибридизация, искусственный отбор. Современные биотехнологии: генная и клеточная инженерия, микробиологический синтез, их роль в развитии здравоохранения, промышленности, сельского хозяйства и охраны природы.

5. Многообразие живой природы.

5.1. Система органического мира

Классификация организмов и роль К.Линнея как основоположника научной систематики. Основные систематические категории: вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство. Особенности строения и функционирования представителей основных царств живой природы: бактерий, растений, животных и грибов.

5.2. Царство бактерий

Основные черты строения и жизнедеятельности бактерий, их размножение. Споры. Роль бактерий в биосфере. Значение бактерий для сельского хозяйства, промышленности и медицины. Болезнетворные бактерии и борьба с ними.

5.3. Царство грибов.

Формы вегетативного тела грибов. Шляпочные грибы, их строение, питание, размножение. Плесневые грибы. Дрожжи. Экологические группы грибов. Грибы-паразиты, вызывающие болезни растений, животных и человека. Микориза. Роль грибов в биосфере и значение для человека.

Лишайники – организмы симбиотического происхождения, образованные микобионтом (гриб) и фикобионтом (цианобактерия или зеленая одноклеточная водоросль). Строение лишайников. Экологические и морфологические группы. Питание. Размножение. Роль лишайников в биосфере и значение для человека.

5.4. Царство растений.

Общая характеристика растений. Роль растений в структуре экосистемы и значение для человека. Классификация растений. Низшие и высшие растения. Жизненный цикл у растений, чередование поколений спорофита и гаметофита. Эволюция жизненного цикла у растений.

Низшие растения (Водоросли). Эволюция и формы вегетативного тела. Основные отделы водорослей – Зеленые, Бурые и Красные. Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей (хламидомонада). Нитчатые водоросли (Улотрикс) и водоросли с пластинчатым слоевищем. Размножение водорослей и жизненные циклы. Роль водорослей в биосфере и значение для человека.

Выход растений на сушу. Понятие о тканях и органах у растений. Характеристика отдела Риниевых (Псилофитов).

Отдел Моховидные. Зеленые мхи. Строение, размножение и жизненный цикл кукушкина льна. Мох сфагнум, особенности его строения. Образование торфа, его значение.

Отделы Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные: характеристика, основные представители, их строение и биология. Жизненный цикл и размножение папоротника.

Отдел Голосеменные: характеристика строения и размножения. Распространение хвойных. Биологическое значение семени. Роль голосеменных в биосфере и значение для человека.

Отдел Покрытосеменные (цветковые). Строение цветка. Семезачаток. Двойное оплодотворение. Образование семян и плодов. Роль покрытосеменных в биосфере и значение для человека. Классификация Покрытосеменных: классы Двудольных и Однодольных, их особенности. Отличительные признаки растений основных семейств; их биологические особенности (семейства Крестоцветные, Розоцветные, Бобовые, Пасленовые, Сложноцветные, Лилейные, Злаки). Основные группы тканей растений (образовательные, покровные, механические, проводящие, основные). Вегетативные органы высших растений. Строение и функции корня, виды корней, типы корневой системы, видоизменения (метаморфозы) корня. Побег. Почки. Стебель. Ветвление побега. Строение и функции стебля, видоизменения побегов (корневище, клубень, луковица). Строение и функции листа, типы листьев, листорасположение, типы жилкования.

Генеративные органы цветковых растений. Строение цветка в связи со способами опыления. Цветки однополые и обоеполые. Формула цветка. Соцветия и их биологическое значение. Строение и классификация семян (на примере однодольного и двудольного растения) и плодов. Типы прорастания семян, питание и рост проростка. Распространение плодов и семян. Значение цветков, плодов и семян в природе и жизни человека. Происхождение растений. Основные этапы эволюции растительного мира: возникновение фотосинтеза, возникновение одноклеточных и многоклеточных водорослей, выход растений на сушу (псилофиты), появление споровых и семенных растений. Филогенетические связи в растительном мире.

5.5. Царство животных

Простейшие животные. Общая характеристика простейших: строение клеток, питание, дыхание, выделение, движение, поведение и размножение. Разнообразие простейших: обыкновенная амеба, эвглена зеленая и гетеротрофные жгутиконосцы, инфузория-туфелька и другие. Отличия простейших от многоклеточных животных. Их значение в природе и жизни человека. Паразитические простейшие – возбудители заболеваний человека и животных.

Многоклеточные животные. Особенности строения многоклеточных животных. Основные ткани, органы и их системы. Типы симметрии тела животных. Двухслойные и трехслойные животные.

Типы Кишечнополостные, Плоские черви, Круглые черви, Кольчатые черви. Характеристика их строения и основных процессов жизнедеятельности (внешнее строение, система покровов, движение и мускулатура, питание и пищеварительная система, дыхание, выделение и выделительная система, распределение веществ в организме, полость тела, нервная система, особенности поведения, половая система и способы размножения). Жизненные циклы важнейших представителей. Характеристика основных классов. Роль в экосистемах и жизни человека. Паразитические представители плоских и круглых червей, их значение для здравоохранения и сельского хозяйства. Профилактика паразитарных заболеваний.

Тип Членистоногие. Характеристика строения и основных процессов

жизнедеятельности. Классы: Ракообразные, Паукообразные, Насекомые. Особенности членистоногих в связи с освоением наземно-воздушной среды обитания. Основные отряды насекомых: Прямокрылые, Жесткокрылые, Чешуекрылые, Двукрылые, Перепончатокрылые. Насекомые с полным и неполным превращением. Многообразие насекомых, их роль в экосистемах и жизни человека. Методы борьбы с насекомыми — вредителями сельскохозяйственных культур и переносчиками заболеваний. Охрана насекомых.

Тип Моллюски. Характеристика строения и основных процессов жизнедеятельности, основные классы (Брюхоногие, Двустворчатые, Головоногие). Роль моллюсков в водных и наземных экосистемах.

Тип Хордовые. Общая характеристика типа. Основные классы хордовых: Ланцетники, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие. Характеристика их строения и основных процессов жизнедеятельности в связи с особенностями среды обитания и образа жизни. Происхождение основных классов и эволюция позвоночных. Выход позвоночных на сушу и освоение ими наземно-воздушной среды обитания. Характеристика основных отрядов. Роль различных хордовых в экосистемах и жизни человека, охрана и регуляция численности. Основные домашние и сельскохозяйственные животные: происхождение, биологические основы их содержания, кормления, разведения.

Эволюция животного мира.

Происхождение Простейших и Многоклеточных животных. Происхождение основных типов животного царства. Усложнение строения и жизнедеятельности животных в процессе эволюции. Положение человека в системе царства животных, доказательства его систематической принадлежности.

6. Человек и его здоровье.

Общий обзор организма человека: основные ткани и системы органов. Значение знаний о строении, жизнедеятельности организма и гигиене человека для охраны его здоровья.

Органы и системы органов человека.

Система покровов. Строение и функции кожи. Производные кожи: волосы и ногти. Роль кожи в терморегуляции, закаливание организма. Гигиена кожи, профилактика и первая помощь при ожогах, обморожениях, и механических травмах.

Опорно-двигательная система и движение. Основные элементы опорно-двигательной системы человека. Части скелета: осевой скелет, скелет конечностей и их поясов. Строение костей и их функции. Основные типы костей и их соединений. Суставы. Хрящи, сухожилия, связки. Строение мышц и их функции. Основные группы мышц человека. Первая помощь при ушибах, растяжении связок, переломах и вывихах.

Кровь и кровообращение. Понятие внутренней среды организма, значение постоянства внутренней среды. Кровь, лимфа и тканевая жидкость. Состав крови человека: плазма крови и различные форменные элементы, их строение и функции. Иммунитет и его типы. Антигены и антитела. Роль И.И. Мечникова в создании учения об иммунитете. Инфекционные заболевания и борьба с ними. Прививки и их роль в профилактике инфекционных заболеваний. Группы крови. Переливание крови, донорство. Свертывание крови. Строение системы кровообращения: сердце и сосуды (артерии, капилляры, вены). Большой и малый круги кровообращения. Предупреждение сердечно-сосудистых заболеваний. Первая помощь при кровотечениях. Вредное влияние курения, употребления алкоголя и наркотиков на сердечно-сосудистую систему.

Дыхательная система и газообмен. Основные компоненты дыхательной системы. Строение легких, механизм вдоха и выдоха, газообмен. Значение дыхания. Гигиена органов дыхания. Заболевания органов дыхания и их профилактика. Предупреждение распространения инфекционных заболеваний. Чистота атмосферного воздуха как фактор здоровья. Приемы первой помощи при отравлении угарным газом и спасении утопающего.

Органы пищеварения и питание. Строение и функции пищеварительной системы. Отделы пищеварительного тракта и их функции. Пищеварительные железы. Роль ферментов в пищеварении. Регуляция пищеварения, исследования И.П. Павлова. Пищевые продукты и питательные вещества: белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, вода, витамины. Гигиена органов пищеварения, рациональное питание. Значение питания и пищеварения. Обмен веществ и энергии в организме человека, профилактика нарушений метаболизма. Роль витаминов в организме, их содержание в пищевых продуктах. Профилактика пищевых отравлений, кишечных инфекций и паразитарных заболеваний.

Выделение. Строение мочевыделительной системы человека. Органы мочевыделительной системы и их функции. Образование первичной и вторичной мочи. Профилактика заболеваний. Роль других систем органов в выделении продуктов метаболизма.

Размножение и развитие. Мужская и женская половая система, их строение и функция. Образование половых клеток. Основные этапы индивидуального развития человека. Причины нарушения индивидуального развития; наследственные болезни, их причины и предупреждение. Инфекции, передающиеся половым путем, их профилактика.

Нервная и гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Основные железы внутренней секреции и их значение для роста, развития и регуляции функций организма. Основные гормоны человека. Строение нервной системы, ее отделы: центральная и периферическая нервная система. Строение и функции головного и спинного мозга. Соматическая и вегетативная нервная система. Органы чувств, их строение и функции. Анализаторы. Нарушения работы анализаторов и их профилактика. Условные и безусловные рефлексы, рефлекторные дуги. Высшая нервная деятельность, речь и мышление. Сознание как функция мозга. Социальная и биологическая обусловленность поведения человека. Роль И.М. Сеченова и И.П. Павлова в создании учения о высшей нервной деятельности. Нарушения деятельности нервной системы и их предупреждение. Сон, его значение и гигиена. Взаимосвязь процессов нервной и гуморальной регуляции.

7. Эволюция органического мира.

Доказательства эволюции живой природы. История эволюционного учения; К. Линней, Ж.Кювье, Ж.-Б.Ламарк и их роль в развитии науки. Основные положения теории Ч. Дарвина, ее значение. Популяции и их структура. Численность популяций, возрастной и половой состав, формы совместного существования особей. Изменчивость в популяциях. Факторы (движущие силы) эволюции. Естественный отбор — направляющий фактор эволюции. Формы естественного отбора (движущий, стабилизирующий, разрывающий). Борьба за существование. Роль экологии в изучении механизмов эволюционных преобразований. Возникновение приспособленности, ее относительный характер. Вид и его критерии. Механизмы видообразования. Изоляция и ее типы, роль географической изоляции. Микроэволюция и макроэволюция, соотношение их механизмов. Роль изучения онтогенеза в познании механизмов эволюции органического мира. Биогенетический закон. Биологический прогресс и регресс. Ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация; соотношение путей эволюции. Эволюционные параллелизмы и конвергенция, их причины. Гомологичные и аналогичные органы. Основные этапы эволюции жизни. Происхождение жизни на Земле. Наиболее важные ароморфозы в эволюции живой природы. Происхождение и эволюция человека. Доказательства происхождения человека от животных. Этапы эволюции человека. Движущие силы антропогенеза. Возникновение человеческих рас. Биологическое и социальное в природе человека.

8. Организм и окружающая среда. Экосистемы. Биосфера.

Экология — наука о взаимоотношении организмов и окружающей среды, значение экологии. Понятие окружающей среды и экологического фактора, классификация экологических факторов. Действие экологических факторов. Ограничивающие факторы. Понятие экологической ниши. Основные абиотические факторы: свет, температура, влажность, их роль в жизни организмов. Периодические явления в жизни природы: биологические ритмы, фотопериодизм. Типы межвидовых взаимоотношений: конкуренция, хищничество, паразитизм, симбиоз. Разнообразие популяций, их возрастная и половая структура. Динамика численности популяций и ее причины. Биологические сообщества — многовидовые системы, взаимосвязь организмов в сообществе. Экосистема и биогеоценоз. Видовая и пространственная структура экосистем. Роль редких видов в природе и меры по их охране. Трофическая структура экосистем: продуценты, консументы, редуценты. Правило экологической пирамиды. Пищевые цепи и сети. Круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах. Саморегуляция — одно из важнейших свойств экосистем. Внешние и внутренние причины изменения экосистем, экологическая сукцессия. Влияние человека на природные экосистемы, специфика действия антропогенных факторов. Сравнение естественных и искусственных экосистем. Агроэкосистемы и экосистемы городов. Значение биологического разнообразия для нормального функционирования естественных экосистем, сохранение биологического разнообразия. Значение природоохранных мероприятий и рационального природопользования. Биосфера как глобальная экосистема, ее границы. Вклад В.И.Вернадского в разработку учения о биосфере. Функции живого вещества. Особенности распределения биомассы в биосфере. Биологический круговорот. Эволюция биосферы. Глобальные изменения в биосфере и их причины. Влияние деятельности человека на эволюцию биосферы.

Рекомендуемая литература:

Каменский А.А. Общая биология 10-11 класс. М.: Дрофа, 2013г.
Пономарева И.Н. Биология 10 класс. Профильный уровень. М.: Вентана-Граф, 2013.
Трайтак Д.И. Биология 5-6 класс. М.: Мнемозина, 2013. ФГОС.
Пасечник В.В. Биология 7 класс. М.: Просвещение, 2015 г. ФГОС.
Рохлов В.С. Биология. Человек 8 класс. М.: Дрофа, 2010 г.
Пасечник В.В. Биология. Человек 8 класс. М.: Просвещение, 2011.
Каменский А.А. Биология. Введение в экологию. М.: Дрофа, 2011.
Бородин П.М., Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М. и др. Биология (профильный уровень). 10-11 класс. В 2-х частях. М.: Просвещение, 2014.
Дубинина Н.В., Пасечник В.В. Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 класс. М.: Дрофа, 2014.
Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология. 10-11 класс. М.: Дрофа, 2014.
Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология. Человек. 8 класс. М.: Дрофа, 2014.
Пасечник В.В. Биология. 7 класс (серия «Линия жизни»). М.: Просвещение, 2013.
Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г. (под ред. Пасечника В.В.) Биология. 8 класс. М.: Просвещение, 2013.
Пасечник В.В., Суматохин С.В., Калинова Г.С. (под ред. Пасечника В.В.) Биология. 7 кл. М.: Просвещение, 2013.

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды

Углеводы. Общая формула Сn (H₂O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.

Растворимые в воде углеводы.

Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.

Моносахариды: глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания. Фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков. Рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

Дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях. Лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих. Мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.

Полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Они не растворимы в воде.

Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.

Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Гликоген – запасное вещество животной клетки. Гликоген еще более ветвистый, чем крахмал и хорошо растворимы в воде.

Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода. Виды липидов: жиры, воска, фосфолипиды. Функции липидов: запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных. Энергетическая – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений. Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран. Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло. Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов. Питательная – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма. Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот. Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИИ

Часть А

А1. Мономером полисахаридов может быть:

1) аминокислота 3) нуклеотид

2) глюкоза 4) целлюлоза

А2. В клетках животных запасным углеводом является:

1) целлюлоза 3) хитин

2) крахмал 4) гликоген

А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:

1) 10 г белка 3) 10 г жира

2) 10 г глюкозы 4) 10 г аминокислоты

А4. Какую из функций липиды не выполняют?

энергетическую 3) изоляционную

каталитическую 4) запасающую

А5. Липиды можно растворить в:

1) воде 3) соляной кислоте

2) растворе поваренной соли 4) ацетоне

Часть В

В1. Выберите особенности строения углеводов

1) состоят из остатков аминокислот

2) состоят из остатков глюкозы

3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода

4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру

5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина

6) состоят из нуклеотидов

В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме

1) каталитическая 4)строительная

2) транспортная 5) защитная

3) сигнальная 6) энергетическая

ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке

1) структурная 4) ферментативная

2) энергетическая 5) сигнальная

3) запасающая 6) транспортная

В4. Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке

Часть С

С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?

С2. Почему именно мыло смывает жир с рук?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Органические молекулы – углеводы 10 кл биология

Тема: Органические молекулы – углеводы 10 кл биология

Цели урока: охарактеризовать особенности строения органических веществ; ознакомить учащихся с разнообразием и функциями углеводов; проанализировать особенности строения, которые позволяют им эффективно выполнять свои функции; обратить внимание на значение углеводов для жизнедеятельности живых организмов.

Оборудование и материалы: таблицы иллюстрируют особенности строения, многообразие и функции углеводов, или мультимедийный проектор или интерактивная доска, на которых эти таблицы можно демонстрировать; образцы белков; учебники биологии.

Базовые понятия и термины: углеводы, простые, сложные, моносахариды, дисахариды, полисахариды.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности учащихся

1. Проверка домашнего задания.

III. Изучение нового материала

1. Углеводы, особенности строения молекул

Рассказ учителя с элементами беседы

Открывайте тетради и записывайте сегодняшнее число и тему. Сегодня мы познакомимся органическим веществом – Углеводы. Начнем с определения углеводов. Углеводы (сахариды) – органические вещества с общей формулой Сn(Н ₂О)m.

У большинства углеводов число молекул воды соответствует количеству атомов углерода, поэтому эти вещества и получили такое название.

В клетках животных углеводы содержатся в количестве не более 5% от сухой массы, в растительных клетках – до 90% (клубни картофеля).

2. Классификация углеводов.

Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Углеводы бывают простыми и сложными. К простым углеводам относятся моносахариды. К сложным – олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды.

с греческого monos – один. Это бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Глюкоза (виноградный сахар) является мономером полисахаридов, например крахмала, гликогена, целлюлозы. Она есть в клетках всех организмов. Фруктоза входит в состав олигосахаридов, например сахарозы. В свободном виде содержится в клетках растений. Галактоза также входит в состав некоторых олигосахаридов, например лактозы.

Основные функции моносахаридов

Моносахариды	Функции
Триозы- С₃ (С₃Н₆O₃)-глицеральдегид; ПВК-пировиноградная кислота	Играют важную роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза
Тетрозы-С₄ (С₄Н₈O₄)-эритроза	В живых организмах встречаются редко, преимущественно в некоторых прокариот
Пентозы-С₅ (С₅Н₁₀О₅)-рибоза, дезоксирибоза	Входят в состав нуклеиновых кислот, участвующих в синтезе некоторых коферментов, полисахаридов и макроэргических соединений (АМФ, АТФ и т.п.), в процессе фотосинтеза
Гексозы – С₆ (С₆Н₁₂О₆)-глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар), лактоза (молочный сахар),	Являются источниками энергии, которая высвобождается во время реакций окисления в процессе дыхания, входящих в состав олиго — и полисахаридов
Гептозы – С₇ (С₇Н₁₄O₇)	У растений из семейства Толстянковые играют важную роль как один из промежуточных продуктов фотосинтеза

Олигосхариды.

С греческого oligos – немного. Они образованы из нескольких моносахаридов, связанных ковалентно друг с другом с помощью гликозидной связи. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза.

Полисахариды.

С греческого poly – много. Являются полимерами и состоят из неопределенного большого числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. Могут достигать сотен или тысяч молекул моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др.

Интересно, что крахмал, гликоген и целлюлоза, играющие важную роль в живых организмах, построены из мономеров глюкозы, но связи в их молекулах различны. Кроме того. У целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала.

С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус.

Полисахариды	Функции
Целлюлоза	Является строительным материалом- образует клеточные стенки растений.
Хитин	Образует клеточные стенки грибов и наружный скелет членистоногих.
Крахмал	Запасной углевод растений (клубни, плоды, семена)
Гликоген	Запасной углевод животных (печень, мышцы), встречается в клетках грибов

3. Функции углеводов.

Основной функцией углеводов является энергетическая функция. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г. углеводов освобождается 17.6 кДж.

Запасающая функция. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ, например крахмал, гликоген. И при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.

Очень важной является структурная функция. Они используются в качестве строительного материала. Целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20-40% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, а именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Рецепторная функция: углеводные компоненты мембран обеспечивают узнавание клеток, рецепцию гормонов и медиаторов, группы крови.

Защитная функция. Твердые клеточные стенки одноклеточных и хитиновые покровы членистоногих, в состав которых входят углеводы, также выполняют защитные функции.

IV. Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся

Закрепление.

А теперь давайте на закрепление, все вместе выполним тест.

1. Какое из названных химических соединений не является биополимером?

А) белок В) ДНК

Б) глюкоза Г) целлюлоза

2. В клетках животных запасным углеводом является:

А) целлюлоза В) глюкоза

Б) крахмал Г) гликоген

3. В каком случае правильно написана формула молекулы глюкозы?

А) С₅ Н₁₂ О₅ В) С₆ Н₁₂ О₆

Б) С₆ Н₁₀ О₆ Г) С₆ Н₁₂ О₅

4. Клетки какого из названных организмов наиболее богаты углеводами?

А) клетки мышц человека В) клетки кожицы лука

Б) клетки клубня картофеля Г) подкожная клетчатка медведя.

5. Какое из соединений не построено из аминокислот?

А) гемоглобин В) инсулин

Б) гликоген Г) альбумин

И вот наш урок подошел к концу. Все вы получите соответствующие оценки за урок. До свидания!

V. Домашнее задание: записи в тетради, соответствующий материал в учебнике.

Скачано с www.znanio.ru

Углеводы — определение, структура, типы, примеры, функции

Что такое углеводы?

Углеводы — это группа встречающихся в природе карбонильных соединений (альдегидов или кетонов), которые также содержат несколько гидроксильных групп.
Он также может включать их производные, которые образуют такие соединения при гидролизе.
Это самые распространенные в природе органические молекулы, также называемые «сахаридами».
Углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус, называются «сахарами».

Структура углеводов

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.
Общая эмпирическая структура углеводов: (CH ₂ O) _n.
Это органические соединения, организованные в форме альдегидов или кетонов с несколькими гидроксильными группами, отходящими от углеродной цепи.
Строительными блоками всех углеводов являются простые сахара, называемые моносахаридами.
Моносахарид может быть полигидроксиальдегидом (альдозой) или полигидроксикетоном (кетозой).

Углеводы могут быть структурно представлены в любой из трех форм:

Открытая цепная структура.
Структура полуацеталя.
Структура Хаворта.

Структура с открытой цепью — Это длинноцепочечная форма углеводов.

Полуацетальная структура — Здесь 1-й углерод глюкозы конденсируется с -ОН-группой 5-го углерода с образованием кольцевой структуры.

Структура Хауорта — Наличие пиранозной кольцевой структуры.

Свойства углеводов

Физические свойства углеводов

Стереоизомерия — Состав, имеющий одинаковую структурную формулу, но разную пространственную конфигурацию. Пример: Глюкоза имеет два изомера по отношению к предпоследнему атому углерода. Это D-глюкоза и L-глюкоза.
Оптическая активность — Это вращение плоско-поляризованного света, образующего (+) глюкозу и (-) глюкозу.
Диастереоизомеры — Конфигурация изменяется в отношении C2, C3 или C4 в глюкозе. Пример: манноза, галактоза.
Анномерия — Это пространственная конфигурация относительно первого атома углерода в альдозах и второго атома углерода в кетозах.

Химические свойства углеводов

Образование осазона : Осазон представляет собой производное углеводов, когда сахара вступают в реакцию с избытком фенилгидразина.например. Глюкозазон
Тест Бенедикта: Восстанавливающие сахара при нагревании в присутствии щелочи превращаются в мощные восстанавливающие соединения, известные как эндиолы. Когда раствор реагента Бенедикта и редуцирующие сахара нагревают вместе, раствор меняет свой цвет на оранжево-красный / кирпично-красный.
Окисление: Моносахариды представляют собой восстанавливающие сахара, если их карбонильные группы окисляются с образованием карбоновых кислот. В тесте Бенедикта D-глюкоза окисляется до D-глюконовой кислоты, поэтому глюкоза считается редуцирующим сахаром.
Восстановление до спиртов: Группы C = O в формах углеводов с открытой цепью могут быть восстановлены до спиртов с помощью боргидрида натрия, NaBH ₄ или каталитического гидрирования (h3, Ni, EtOH / h3O). Эти продукты известны как «альдиты».

Свойства моносахаридов

Большинство моносахаридов имеют сладкий вкус (фруктоза самая сладкая; на 73% слаще сахарозы).
При комнатной температуре они представляют собой твердые вещества.
Они чрезвычайно растворимы в воде: — Несмотря на их высокую молекулярную массу, присутствие большого количества групп ОН делает моносахариды гораздо более растворимыми в воде, чем большинство молекул с аналогичной молекулярной массой.
Глюкоза может растворяться в незначительных количествах воды, чтобы получился сироп (1 г / 1 мл ч3О).

Классификация углеводов (видов углеводов)

Простые углеводы включают отдельные сахара (моносахариды) и полимеры, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды

Простейшая группа углеводов, которую часто называют простыми сахарами, поскольку они не могут подвергаться дальнейшему гидролизу.
Бесцветное кристаллическое твердое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в неполярном растворителе.
Это соединения, содержащие свободную альдегидную или кетоновую группу.
Общая формула: C _n (h3O) _n или C _n H _2n O _n.
Они классифицируются по количеству содержащихся в них атомов углерода, а также по присутствующей функциональной группе.
Моносахариды с 3,4,5,6,7… атомами углерода называются триозами, тетрозами, пентозами, гексозами, гептозами и т. Д., а также в виде альдоз или кетоз в зависимости от того, содержат ли они альдегидную или кетоновую группу.
Примеры: Глюкоза, фруктоза, эритрулоза, рибулоза.

Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой сложные сахара, которые при гидролизе дают от 2 до 10 молекул одного и того же или разных моносахаридов.
Моносахаридные звенья соединены гликозидной связью.
По количеству моносахаридных звеньев он дополнительно классифицируется как дисахарид, трисахарид, тетрасахарид и т. Д.
Олигосахариды, дающие 2 молекулы моносахаридов при гидролизе, известны как дисахариды, а олигосахариды, дающие 3 или 4 моносахарида, известны как трисахариды и тетрасахариды соответственно и так далее.
Общая формула дисахаридов — C _n (h3O) _n-1, а трисахаридов — C _n (h3O) _n-2 и так далее.
Примеры: Дисахариды включают сахарозу, лактозу, мальтозу и т. Д.
Трисахариды — это рафиноза, рабиноза.

Полисахариды

Их еще называют «гликаны».
Полисахариды содержат более 10 моносахаридных единиц и могут составлять сотни единиц сахара в длину.
При гидролизе они дают более 10 молекул моносахаридов.
Полисахариды отличаются друг от друга идентичностью повторяющихся моносахаридных единиц, длиной их цепей, типами связывающих звеньев и степенью разветвления.
Они в первую очередь связаны с двумя важными функциями, т. Е. Структурные функции и хранение энергии.
Далее они классифицируются в зависимости от типа молекул, образующихся в результате гидролиза.
Это могут быть гомополисахаридов e, содержащие моносахариды одного типа, или гетерополисахариды , то есть моносахариды разных типов.
Примерами гомополисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза, пектин.
Гетерополисахариды — Гиалуроновая кислота, Хондроитин.

Функции

Углеводы — это молекулы, широко распространенные в тканях растений и животных. У растений и членистоногих углеводы из структур скелета также служат запасами пищи для растений и животных. Они являются важным источником энергии, необходимой для различных метаболических процессов, энергия получается путем окисления.

Некоторые из их основных функций включают:

Живые организмы используют углеводы в качестве доступной энергии для подпитки клеточных реакций.Они являются наиболее богатым пищевым источником энергии (4 ккал / грамм) для всех живых существ.
Углеводы не только являются основным источником энергии для многих животных, но и являются мгновенными источниками энергии. Глюкоза расщепляется гликолизом / циклом Креба с образованием АТФ.
Служат накопителями энергии, топливом и промежуточными продуктами метаболизма. Он хранится в виде гликогена у животных и крахмала в растениях.
Накопленные углеводы действуют как источник энергии вместо белков.
Они образуют структурные и защитные компоненты, как в клеточной стенке растений и микроорганизмов.Структурные элементы в клеточных стенках бактерий (пептидогликан или муреин), растений (целлюлоза) и животных (хитин).
Углеводы — это промежуточные продукты в биосинтезе жиров и белков.
Углеводы регулируют работу нервной ткани и являются источником энергии для мозга.
Углеводы связываются с липидами и белками с образованием поверхностных антигенов, рецепторных молекул, витаминов и антибиотиков.
Формирование структурного каркаса РНК и ДНК (рибонуклеиновая кислота и дезоксирибонуклеиновая кислота).
Они связаны со многими белками и липидами. Такие связанные углеводы важны для межклеточной коммуникации и взаимодействия между клетками и другими элементами клеточной среды.
У животных они являются важным компонентом соединительной ткани.
Углеводы с высоким содержанием клетчатки помогают предотвратить запоры.
Кроме того, они помогают в модуляции иммунной системы.

Список литературы

Ленингер, А.Л., Нельсон Д. Л. и Кокс М. М. (2000). Принципы биохимии Ленингера. Нью-Йорк: Издательство Worth.
Мэдиган, М. Т., Мартинко, Дж. М., Бендер, К. С., Бакли, Д. Х., и Шталь, Д. А. (2015). Биология Брока микроорганизмов (четырнадцатое издание). Бостон: Пирсон.
Родуэлл, В. В., Ботам, К. М., Кеннелли, П. Дж., Вейл, П. А., и Бендер, Д. А. (2015). Иллюстрированная биохимия Харпера (30-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Education LLC.
https: // биология.tutorvista.com/biomolecules/carbohydrates.html

Углеводы — определение, структура, типы, примеры, функции

Структура и характеристики углеводов в рационах свиней: обзор | Journal of Animal Science and Biotechnology

Классификация углеводов по размеру молекулы или DP группирует на моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды [1]. Моносахариды — это хиральные полигидроксилированные альдозы или кетозы, которые не могут быть гидролизованы до более мелких углеводных единиц [11].Их можно классифицировать по количеству атомов углерода в их структуре, которое варьируется от трех до девяти атомов углерода (т.е. триоза, тетроза, пентоза, гексоза, гептоза, октоза и ноноза), по типу карбонильной группы, которую они содержат. (например, альдоза или кетоза), и по их стереохимии (например, d или ʟ ), и они имеют общую химическую формулу (CH ₂ O) _n [12]. Альдозы называют восстанавливающими сахарами из-за их восстанавливающего действия на определенные ионы или соединения, окисляя их альдегидную группу до карбонильной группы [11].Простейшим альдозным сахаром с хиральным атомом является глицеральдегид, вторая молекула которого C присоединена к четырем разным группам, что дает возможность этому C иметь две пространственные конфигурации, поэтому глицеральдегид существует как в d , так и в . — формы [2]. Каждая из четырех тетраэдрических связей хиральных атомов углерода связана с другой группой [13]. Хиральность сахаров и АК обычно обозначают системой d / ʟ и называют в соответствии со структурой глицеральдегида [2].

Моносахариды

Наиболее распространенными моносахаридами являются 6-C альдогексозы, которые включают альдогексозу d -глюкозу и обычно присутствуют в их кольцевых структурах, называемых пиранозным кольцом, а не в структурах с открытой цепью (рис. 1) [11]. В олиго- и полисахаридах альдопентозы могут встречаться в виде 5-C кольцевой структуры, известной как фуранозное кольцо [11]. d -Глюкоза, учитывая все ее комбинированные формы, является наиболее распространенным моносахаридом, который встречается в природе в природе [13].Наиболее распространенной кетозой является d-арабиногексулоза, более известная под своим тривиальным названием d -фруктоза [2]. Три триозы включают кетозодигидроксиацетон и обе энантиомерные формы глицеральдегида [14]. Эритроза и треоза являются примерами тетроз, а пентозы включают рибозу, арабинозу, ксилозу и апиозу [2].

Рис. 1

Химическая структура моносахаридов, которые обычно связаны с усвояемыми углеводами и клетчаткой. По материалам Albersheim et al.[40]

Сахара, такие как глюкоза, галактоза, манноза и фруктоза, которые имеют разные структуры, но имеют одинаковую химическую формулу, C ₆ H ₁₂ O ₆, называются изомерами [3]. Сахара, которые различаются по конфигурации только вокруг одного атома углерода, называются эпимерами, например, d -глюкоза и d -манноза, которые различаются по своей структуре вокруг C-2 [2]. Пара энантиомеров представляет собой особый тип изомерии, где два члена пары являются зеркальными отображениями друг друга и обозначены как находящиеся в структуре d — или — (т.например, d -глюкоза или ʟ -глюкоза), в зависимости от положения -OH-группы, связанной с асимметричным углеродом, наиболее удаленным от карбонильной группы [3].

Другие типы моносахаридов включают альдиты или полиолы, которые представляют собой альдозы или кетозы, карбонильные группы которых восстановлены до спирта [13]. Примером встречающегося в природе альдита в растениях и других организмах является d -глюцит, широко известный как сорбит, который является продуктом восстановления d -глюкозы [13].Поглощение и метаболизм полиолов различаются в зависимости от типа, но большинство из них ферментируются в толстой кишке [15].

В дезоксисахарах отсутствует одна или несколько гидроксильных групп, присоединенных к их атомам углерода, например, 6-дезокси- ʟ -манноза ( ʟ -рамноза), которая обычно связана с пектином, 2-дезокси- d -рибоза, сахарный компонент ДНК, и 6-дезокси- ʟ -галактоза ( ʟ -фукоза), компонент гликопротеинов и гликолипидов в клеточных стенках и клетках млекопитающих [13, 14, 16].

Уроновые кислоты — это сахарные кислоты, в которых концевая группа –CH ₂ OH подвергается окислению с образованием карбоновой кислоты [14]. Уроновые кислоты, которые вносят вклад в пищевую клетчатку, включают компоненты неперевариваемых полисахаридов растений и водорослей, такие как d -глюкуроновая кислота, d -галактуроновая кислота, d -маннуроновая кислота и ʟ -гулуроновая кислота [ 2]. Сахар из активированной формы глюкуроновой кислоты используется в синтезе гликозаминогликанов у млекопитающих, а ʟ -идуроновая кислота синтезируется из d -глюкуроновой кислоты после ее включения в углеводную цепь [3].

Дисахариды

Две моносахаридные единицы, соединенные ацетальной или кетальной связью, называются дисахаридом [14]. Гликозидная связь соединяет 2 моносахаридных звена и может быть либо α-гликозидной связью, если аномерная гидроксильная группа сахара находится в α-конфигурации, либо β-гликозидной связью, если она находится в β-конфигурации [3]. Гликозидная связь называется в соответствии с положением связанного атома углерода, например, α-гликозидная связь, соединяющая C-1 молекулы глюкозы и C-4 другой молекулы глюкозы в мальтозе, называется α- (1, 4) гликозидная связь (рис.2) [17]. Три наиболее распространенных дисахарида — это мальтоза, лактоза и сахароза [11]. Мальтоза — редуцирующий сахар, который является продуктом гидролиза крахмала ферментом α-амилазой [13]. Лактоза представляет собой редуцирующий сахар, который состоит из d -глюкозильного звена и α- d -галактопиранозильного звена, связанных β- (1,4) гликозидной связью, и присутствует в молоке и молочных продуктах, таких как обезжиренное молоко и сыворотка [17]. Сахароза состоит из глюкозы и фруктозы, связанных α- (1,2) гликозидной связью [17].В отличие от общей связи голова-хвост (аномерный атом углерода к атому углерода, содержащему гидроксильную группу) в структуре олиго- и полисахаридов, в сахарозе гликозидная связь, соединяющая α- d -глюкопиранозил и β- d -фруктофуранозильное звено имеет прямое соединение (аномерный атом углерода с аномерным атомом углерода), что делает его невосстанавливающим сахаром [13]. Сахароза синтезируется в процессе фотосинтеза, чтобы обеспечить энергию и атомы углерода для синтеза других соединений в растении [13].

Рис. 2

Химическая структура ди- и олигосахаридов. По материалам Bach Knudsen et al. [1]

Мальтоза, лактоза и сахароза гидролизуются до составляющих их моносахаридных единиц под действием ферментов мальтазы, лактазы и сахаразы соответственно [17]. Комплексы α-глюкозидазы мальтаза-глюкоамилаза и сахараза-изомальтаза, которые присутствуют в щеточной кайме тонкой кишки, расщепляют гликозидные связи в мальтозе и сахарозе, соответственно, при этом большая часть активности мальтазы обеспечивается комплексом сахараза-изомальтаза [2, 13, 17].Моносахариды, образующиеся в результате переваривания этих дисахаридов, легко всасываются в тонком кишечнике [18]. Лактаза, β-галактозидаза, также экспрессируется молодыми млекопитающими, которые переваривают лактозу до составляющих ее моносахаридов, которые впоследствии всасываются в тонком кишечнике [1, 13].

Другие дисахариды, присутствующие в природе, включают трегалозу, целлобиозу и гентиобиозу [17]. Трегалоза представляет собой невосстанавливающий дисахарид, состоящий из двух α- d -глюкопиранозильных единиц, связанных вместе α- (1,1) гликозидной связью [2].В небольших количествах трегалоза содержится в грибах, дрожжах, меде, некоторых морских водорослях и беспозвоночных, таких как насекомые, креветки и омары [13]. Трегалоза переваривается ферментом α-глюкозидазой треалазой, который экспрессируется в тонком кишечнике человека и большинства животных [2]. Две молекулы глюкозы связаны вместе β- (1,4) и β- (1,6) гликозидными связями с образованием целлобиозы и гентиобиозы, соответственно, и эти дисахариды могут использоваться только после микробной ферментации, поскольку у свиней отсутствуют ферменты, способные переваривания этих связей [17].Целлобиоза является продуктом разложения целлюлозы, тогда как гентиобиоза, как полагают, играет роль в инициации созревания плодов томатов [19].

Олигосахариды

Олигосахариды состоят из галактоолигосахаридов, фруктоолигосахаридов и маннанолигосахаридов, которые не могут перевариваться ферментами поджелудочной железы или кишечника, но растворимы в 80% этаноле [15, 20]. Галактоолигосахариды или α-галактозиды, которые присутствуют в больших количествах в бобовых, состоят из рафинозы, стахиозы и вербаскозы, которые имеют структуру, состоящую из единицы сахарозы, связанной с одной, двумя или тремя единицами d- галактоза соответственно (рис.2) [2]. Эти олигосахариды вызывают метеоризм у свиней и людей из-за отсутствия фермента α-галактозидазы, который гидролизует гликозидные связи, связывающие моносахариды, составляющие эти α-галактозиды, и, следовательно, утилизируются бактериями в толстой кишке [12, 21 ]. В раффинозе d -галактоза связана с сахарозой посредством α- (1,6) связи, тогда как две единицы и три единицы d -галактозы связаны с сахарозой, также через α- (1,6) гликозидную связями в стахиозе и вербаскозе соответственно [17].Трансгалактоолигосахариды — это еще один тип галактоолигосахаридов, которые могут иметь пребиотические эффекты у молодых свиней и коммерчески синтезируются из действий трансгликозилирования β-гликозидаз на лактозу, создавая β- (1,6) полимеры галактозы, связанные с конечной единицей глюкозы. через α- (1,4) гликозидную связь [17, 22]. Однако трансгалактоолигосахариды не синтезируются в природе [17].

Фруктоолигосахариды, или фруктаны, представляют собой цепи моносахаридов фруктозы с концевым звеном глюкозы и классифицируются как инулины или леваны [17, 23].Инулин в основном содержится в двудольных, тогда как леваны — в однодольных [24]. Фруктоолигосахариды не гидролизуются в тонком кишечнике из-за β-связей между их мономерами, но могут ферментироваться до молочной кислоты и SCFA в толстом кишечнике [2, 20, 25]. Инулин естественным образом содержится в луке, чесноке, спарже, бананах, топинамбурах, пшенице и цикории как запасной углевод [13, 15, 20]. Инулин состоит из β- d -фруктофуранозильных звеньев, связанных β- (2,1) гликозидными связями, и имеет DP от 2 до 60 [13, 17].Полимер состоит из остатков фруктозы, присутствующих в форме фуранозного кольца, и часто имеет концевое звено сахарозы на восстанавливающем конце [2, 13]. Леваны — это фруктаны, которые имеют среднюю длину от 10 до 12 единиц фруктозы, связанных β- (2,6) связями, но могут иметь DP более 100 000 единиц фруктозы и обнаружены в бактериальных фруктанах и во многих однодольных [24, 26]. ]. Леваны получают в результате реакций трансгликозилирования, катализируемых ферментом левансахаразой, который секретируется некоторыми бактериями и грибами, которые предпочтительно используют d -гликозильную единицу сахарозы, тем самым превращая сахарозу в леваны с β- (2,1) -связанными боковыми цепями. [13, 17].Полисахариды, содержащие значительное количество связей β- (2,1), также можно назвать «леваном» [14]. Третий тип фруктанов, называемый фруктанами граминанового типа, содержит комбинацию как β- (2,1), так и β- (2,6) связей и присутствует в пшенице и ячмене [27].

Маннанолигосахариды состоят из полимеров маннозы, которые происходят из стенок дрожжевых клеток и расположены на внешней поверхности стенок дрожжевых клеток, прикрепленных к β-глюканам внутреннего матрикса через β- (1,6) и β- (1,3) гликозидные связи [17].Маннанолигосахариды и фруктоолигосахариды могут вести себя как пребиотики из-за их благотворного воздействия на здоровье хозяина, стимулируя рост или активность определенных бактерий в толстой кишке [28]. Было высказано предположение, что маннан-олигосахариды регулируют реакцию свиней на иммунологические проблемы и могут предотвращать чрезмерную стимуляцию иммунной системы животного-хозяина после инфекции [29].

Полисахариды

Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, являющиеся полимерами моносахаридов [13].Полисахариды состоят из полимеров сахаров, которые различаются по размеру и могут быть линейными или разветвленными [2]. DP варьируется в зависимости от типа полисахарида и может составлять от 7000 до 15000 в целлюлозе и до более чем

в амилопектине [13]. Полисахариды можно классифицировать как гомополисахариды, если они содержат только один тип остатков сахара (например, крахмал, гликоген и целлюлозу), или как гетерополисахариды, если они содержат в своей структуре два или более различных типа остатков сахара (например,g., арабиноксиланы, глюкоманнаны и гиалуроновая кислота; 2). Полисахариды в больших количествах присутствуют в рационах свиней и делятся на крахмальные и гликогеновые и некрахмальные полисахариды (NSP) [17, 30].

Крахмал может быть линейным или разветвленным и является формой хранения углеводов в растениях, тогда как гликоген сильно разветвлен и присутствует только в тканях животных, прежде всего в мышцах и печени [2, 31]. Крахмал — один из самых распространенных в природе углеводов [2]. Он синтезируется для хранения энергии для роста растений и хранится в семенах, клубнях, корнях, стеблях, листьях и некоторых фруктах [32].Крахмал представляет собой полимер d -глюкозы, который состоит из двух типов молекул, амилозы и амилопектина (рис. 3) [12]. Амилоза представляет собой короткий линейный полимер глюкозы со средней DP 1000 единиц глюкозы, связанных через α- (1,4) связи. Амилопектин содержит более крупные цепи глюкозы с DP от 10 000 до 100 000 с точками ветвления в α- (1,6) связях на каждые 20–25 единиц глюкозы [15, 30]. Общее количество α- (1,6) связей составляет всего около четырех-пяти% от общего количества гликозидных связей в амилопектине [33].Нативный крахмал содержит обе формы в виде полукристаллических гранул с различными пропорциями амилозы и амилопектина, в зависимости от растительного источника [30, 31]. Гранулы крахмала имеют различный структурный и химический состав в зависимости от вида растения и части растения, где он находится [18]. Размер гранул крахмала влияет на соотношение поверхности к объему, и чем меньше размер гранулы, тем больше отношение поверхности к объему, что приводит к большей площади поверхности для гидролиза ферментов в пищеварительном тракте [30].Переваривание крахмала начинается во рту, где слюнной секретируется α-амилаза, которая действует только на α- (1,4) связанные линейные цепи амилозы и амилопектина, пока этот фермент не дезактивируется низким pH в желудке [31] . Большие количества панкреатической α-амилазы, специфичной только для α- (1,4) связей, секретируются в просвет двенадцатиперстной кишки, продуцируя мальтозу и мальтотриозу как продукты расщепления просвета амилозы и амилопектина, а также разветвленный олигосахарид α-декстрин, образующийся из частичный гидролиз амилопектина из-за неспособности α-амилазы расщеплять α- (1,6) связи [18].Переваривание крахмала завершается олигосахаридазами (т.е. α-глюкозидазами), экспрессируемыми железами тонкого кишечника. Эти α-глюкозидазы включают комплексы сахароза-изомальтаза и мальтаза-глюкоамилаза [34]. Оба комплекса имеют различия в степени специфичности к продуктам переваривания α-амилазы и расщепляют α- (1,4) и α- (1,6) связи в α-декстринах комплементарным образом, образуя свободную глюкозу, которая является транспортируется в энтероциты [18].

Рис. 3

Химическая структура амилозы, амилопектина и целлюлозы.По материалам Bach Knudsen et al. [1]

Крахмал можно разделить на три типа: крахмал типа А имеет открытую структуру и присутствует в злаках; Крахмал типа B присутствует в клубнях и кажется более компактным; а крахмал типа C представляет собой комбинацию крахмала типов A и B и присутствует в бобовых [30]. Гранулы крахмала в сыром картофеле и зеленых бананах, которые имеют высокое содержание амилозы, приводят к более плотно упакованным гранулам, которые более нерастворимы и устойчивы к перевариванию по сравнению с амилопектинсодержащими гранулами, которые являются более разветвленными и менее плотно упакованными [2].В кукурузе, пшенице и картофеле крахмал может содержать примерно 20% амилозы и 80% амилопектина [31]. Однако кукуруза восковой спелости может содержать крахмал, содержащий почти 100% амилопектина, тогда как кукуруза с высоким содержанием амилозы может содержать до 75% амилозы [35]. Следовательно, крахмал не всегда может перевариваться α-амилазой, если зерна злаков не изменены физической обработкой (например, измельчением или вальцовой мельницей) и нагреванием (например, гранулированием, расширением или экструзией) [30].

Часть крахмала не переваривается α-амилазой или ферментами щеточной каймы и может подвергаться микробной ферментации в толстой кишке; это называется резистентным крахмалом (RS) [13, 31].Крахмал может сопротивляться перевариванию, поскольку он физически недоступен из-за того, что находится внутри целых растительных клеток или матриц (например, RS-1). Природный или сырой крахмал (RS-2) также сопротивляется перевариванию из-за нежелатинизированной кристаллической структуры гранулы, а ретроградный крахмал (RS-3) сопротивляется перевариванию, поскольку он быстро охлаждается после того, как он желатинизируется посредством нагревания. Если крахмал химически модифицирован, он также может сопротивляться перевариванию и обозначается как RS-4 [13, 30, 31]. Устойчивый крахмал служит субстратом для ферментации толстой кишки, но независимо от количества, попадающего в задний кишечник, крахмал обычно полностью ферментируется в заднем кишечнике [25].Ингредиенты, содержащие крахмал, естественно, будут содержать RS, но количество и тип крахмала будут влиять на долю общего крахмала, который составляет RS [36]. Обработка может влиять на долю крахмала, устойчивого к перевариванию, и значения RS обычно колеблются от 0 до 19% для большинства зерновых культур и от 10% до 20% для бобовых (Таблица 1) [15, 37]. Варка или созревание снижает количество RS в сырых или незрелых фруктах или овощах, таких как зеленые бананы и картофель [38].

Таблица 1 Углеводы и лигнин в зернах злаков (г / кг сухого вещества) ^{a, b}

Гликоген, α- (1,4) — d -глюкан с α- (1,6) связанными ветвями, имеет более высокую степень разветвления по сравнению с амилопектином и присутствует в тканях животных, в основном в скелетных мышцах и печени [2].Как следствие, гликоген будут потреблять только свиньи, которых кормят рационами, содержащими продукты животного происхождения. Точки ветвления гликогена располагаются в среднем после 8-10 гликозильных единиц [3]. Полимер гликогена может содержать до 100 000 единиц глюкозы [39]. Переваривание гликогена аналогично перевариванию амилопектина, что приводит к всасыванию глюкозы в тонком кишечнике [17]. Обширное разветвление гликогена увеличивает его растворимость, что позволяет более легко мобилизовать глюкозу [34].

Некрахмальные полисахариды

Некрахмальные полисахариды в основном присутствуют в первичных или вторичных стенках растительных клеток и состоят как из растворимых, так и из нерастворимых полисахаридов, которые, в отличие от крахмала, не содержат α- (1,4) -связанных гликозильных единиц [15, 30].Первичные клеточные стенки, окружающие растущие клетки, в основном состоят из полисахаридов и некоторых структурных белков, тогда как зрелые клетки, которые уже дифференцировались, окружены вторичными клеточными стенками, которые также содержат полисахариды и белки, наряду с лигнином и большим количеством целлюлозы [40]. Полисахариды клеточной стенки состоят из пентоз (то есть арабинозы и ксилозы), гексоз (то есть глюкозы, галактозы и маннозы), 6-дезоксигексоз (то есть рамнозы и фукозы) и уроновых кислот (т.е.э., глюкуроновая и галактуроновая кислоты) [41]. Эти компоненты могут существовать в формах пиранозы и фуранозы и образовывать α- или β-связи в любой из своих доступных гидроксильных групп, что приводит к широкому диапазону функциональных поверхностей за счет адаптации многочисленных трехмерных форм [42]. Фенольные остатки лигнина или его гидроксильных боковых цепей также могут связываться с гликозидными связями NSP [40]. Некрахмальные полисахариды могут приобретать гидрофобные свойства, связываясь с лигнином и суберином, тогда как степень этерификации уроновых кислот может влиять на их ионные свойства [30].Суберин, гидрофобная комплексная смесь гидроксилированных жирных кислот и жирных эфиров, присутствует в тканях сосудов, которые обеспечивают нерастворимый барьер во время нормального развития и в ответ на раневые или грибковые инфекции [40]. Некрахмальные полисахариды также могут быть классифицированы как растворимые и нерастворимые, где термин «растворимые» относится к растворимости NSP в воде или слабых щелочных растворах [41].

Наиболее распространенными NSP в клеточных стенках являются целлюлоза и нецеллюлозные полисахариды (NCP) [17].В среднем содержание целлюлозы в первичных клеточных стенках составляет от 20% до 30%, тогда как вторичные клеточные стенки могут содержать до 50% целлюлозы [40]. Первичные клеточные стенки откладываются между средней пластинкой и плазматической мембраной во время роста клеток, тогда как некоторые специализированные клетки откладывают более толстый внутренний слой, называемый вторичной клеточной стенкой, в начале дифференцировки [43]. Целлюлоза состоит из линейных β- (1,4) -связанных d -глюкопиранозильных единиц с DP, которая варьируется от 500 до 14000. Линейные единицы целлюлозы стабилизируются водородными связями между соседними остатками глюкозы, образуя организованное расположение молекул целлюлозы внутри микрофибрилл (рис.3) [42, 44]. Кристаллические области образуются, когда высокоорганизованные микрофибриллы целлюлозы выстраиваются параллельно друг другу, чтобы обеспечить максимальную водородную связь, тогда как паракристаллические или аморфные участки образуются в областях, которые менее организованы [45]. Трехмерная решетка, образованная плотноупакованной линейной и неразветвленной структурой целлюлозы, образует микрофибриллы, которые определяют структуру стенок растительных клеток [46]. Менее организованные аморфные области целлюлозы гидролизуются эндоглюканазами, образуя концы цепей, которые гидролизуются экзоглюканазами (т.е.э., целлобиогидролазы) [45]. Полученный дисахарид, целлобиоза, гидролизуется β-глюкозидазой с образованием двух мономеров глюкозы [44].

Сильноразветвленные NCP состоят из гетерополимеров пентоз и гексоз, наиболее распространенный из которых называется ксиланом, или цепью β- (1,4) связанных звеньев d-ксилопиранозила с боковыми цепями, которые обычно состоят из ʟ -арабинофуранозил, d, -галактопиранозил, d, -глюкуронопиранозил и / или 4-O-метил- d, -глюкуронопиранозиловые звенья [13].Нецеллюлозные полисахариды могут также содержать уроновые кислоты, полученные из глюкозы и галактозы, что дает способность образовывать соли с Ca и Zn [46]. Нецеллюлозные полисахариды часто служат структурными полисахаридами в тканях растений и тесно связаны с целлюлозой и лигнином [45].

Лигнин не является углеводом, но связан с полисахаридами клеточной стенки [1]. Он состоит из полимеризованных фенилпропановых звеньев (т. Е. Кониферилового, п-кумарилового и синапилового спиртов), связанных эфирными и углерод-углеродными связями в нерегулярной трехмерной структуре [42].Одревесневшая клеточная стенка может состоять из тонкого первичного слоя, за которым следует толстый многослойный вторичный слой с высоким содержанием целлюлозы и, возможно, третий слой [47]. Лигнин может связываться с полисахаридами, образуя ковалентные связи с остатками сахара или феруловыми кислотами, которые этерифицированы с этими полисахаридами [1]. Лигнификация происходит только после прекращения клеточного деления, размножения и удлинения клеток и, следовательно, составляет терминальную дифференцировку, которая обычно сопровождается запрограммированной гибелью клеток [40].Лигнин предотвращает биохимическую деградацию и физическое повреждение клеточных стенок, цементируя и закрепляя микрофибриллы целлюлозы и другие полисахариды матрикса, тем самым усиливая структурную целостность клеточной стенки [48]. Лигнин также служит барьером для патогенов и вредителей [40]. Ткани растений одревесневают или одревесневают при высокой концентрации лигнина [49]. Лигнин больше сконцентрирован во внешнем слое шелухи зерен по сравнению со стенками эндосперма, что видно по повышенным концентрациям в побочных продуктах ингредиентов (Таблица 2).

Таблица 2 Углеводы и лигнин в побочных продуктах зерна злаков (г / кг сухого вещества) ^{a, b}

Структура и функции углеводов

Результаты обучения

Различия между моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами
Определите несколько основных функций углеводов

Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты.Спортсмены, напротив, часто «загружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, в частности, через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH ₂ O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компоненты — это углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются 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 количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются на суффикс — ose . Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза.В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. Рисунок 1 для иллюстрации моносахаридов.

Рис. 1. Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи.Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

Химическая формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆. У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыток глюкозы часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза и фруктоза — другие распространенные моносахариды: галактоза содержится в молочном сахаре, а фруктоза — во фруктовых сахарах. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 2).

Практический вопрос

Рис. 2. Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C6h22O6), но другое расположение атомов.

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Показать ответ

Глюкоза и галактоза — альдозы. Фруктоза — это кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рис. 3).Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится под номером углерода 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 3. Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами.Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β. Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды ( ди — = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь.Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рис. 4). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) 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.

Рис. 4. 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 (рис. 5). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рис. 5. Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид ( поли — = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов.Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рисунке 6, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1–4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1–6 связей в точках ветвления).

Рисунок 6. Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных гликозидными связями α 1,4 и α 1,6. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но имеет более сильную разветвленность.

Гликоген — это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны β, 1-4 гликозидными связями (рис. 7).

Рис. 7. В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке 7, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде вытянутых длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, могут с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Рис. 8. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. У членистоногих (насекомых, ракообразных и др.) Есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно у пчелы на Рисунке 8).

Этот экзоскелет сделан из биологической макромолекулы хитина, которая представляет собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукарии.

Резюме: Структура и функции углеводов

Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы в растениях и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить страницуПодробнее

5.2: Углеводные структуры — Chemistry LibreTexts

Результаты обучения

Опишите структуру и функцию углеводов.
Определите функциональные группы углеводов.
Дайте общее название молекуле углевода (например, альдотетроза, кетопентоза и т. Д.)
Обозначьте углеводы как D- или L-энантиомеры.
Нарисуйте зеркальное отображение молекулы углевода.
Различают моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Опишите строение сложных углеводов.
Узнайте, как углеводы определяют группу крови.

Мозг — чудесный орган. И он тоже голодный. Основное топливо для мозга — это углевод глюкоза. Средний мозг взрослого человека составляет около \ (2 \% \) веса нашего тела, но использует \ (25 \% \) глюкозы в теле. Более того, определенные области мозга используют глюкозу с разной скоростью.Если вы сильно концентрируетесь (например, проходите тест), определенным частям мозга требуется много дополнительной глюкозы, в то время как другие части мозга используют только свое нормальное количество. Что-то думать о.

В детстве вам говорили, что сахар вреден. Что ж, это не совсем так. По сути, углеводы состоят из сахара, от одной молекулы сахара до тысяч молекул сахара, соединенных вместе. Почему? Одна из причин — запасать энергию. Но это не значит, что вы должны есть ложкой.

Углеводы

Углеводы — это органические соединения, содержащие только углерод \ (\ left (\ ce {C} \ right) \), водород \ (\ left (\ ce {H} \ right) \) и кислород \ (\ left (\ ce {O} \ right) \). Они содержат цепочку атомов углерода, альдегида или кетона и гидроксильных групп. Каждый атом углерода связан с одним атомом кислорода. Существуют тысячи различных углеводов, но все они состоят из одной или нескольких более мелких единиц, называемых моносахаридами.

Моносахариды

Общая формула для моносахарида — \ (\ left (\ ce {CH_2O} _n \ right) \), где \ (n \) может быть любым числом больше двух.Например, если \ (n \) равно 6, формулу можно записать как \ (\ ce {C_6H_ {12} O_6} \). Это формула моносахарида глюкозы. Другой моносахарид, фруктоза, имеет ту же химическую формулу, что и глюкоза, но атомы расположены по-другому. Углеводы имеют много изомеров из-за расположения групп \ (\ ce {-OH} \) в их структурах. Сравните молекулы глюкозы и фруктозы на рисунке ниже. Можете ли вы определить их различия? Единственное отличие состоит в расположении некоторых атомов.Эти различия влияют на свойства двух моносахаридов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Структуры глюкозы и фруктозы.

Моносахариды можно классифицировать по количеству содержащихся в них атомов углерода: диоза (2), триоза (3), тетроза (4), пентоза (5), гексоза (6), гептоза (7) и так далее. Их также можно классифицировать в зависимости от того, содержат ли они альдегид (альдозу) или кетон (кетозу). Мы также можем объединить эти два обозначения для обозначения классов углеводов. Например, альдогексоза — это углевод (обозначенный окончанием -оза ) с шестью атомами углерода ( гекс, ) и альдегидной группой ( альдо ).Кетопентоза — это углевод с кетоном и 5 атомами углерода. И глюкоза, и фруктоза являются гексозами, потому что они содержат шесть атомов углерода, но глюкоза — это альдогексоза, а фруктоза (также известная как «фруктовый сахар») — кетогексоза. Другие распространенные моносахариды включают галактозу (часть лактозы), ксилозу («древесный сахар»), рибозу (в РНК) и дезоксирибозу (в ДНК).

Прогнозы Фишера

Есть несколько способов нарисовать структуру углеводных молекул. Проекция Фишера (прямая цепь) создает впечатление, что молекула плоская, но это трехмерная молекула.Хотя нас не интересует трехмерная ориентация, знайте, что расположение в проекции Фишера действительно предоставляет информацию об ориентации атомов вокруг каждого атома углерода.

Эти выступы упрощают рисование молекул, но сохраняют важную информацию о расположении атомов внутри структуры. На приведенном ниже рисунке показаны прогнозы Фишера для энантиомеров (несовместимые зеркальные изображения) эфедрина и псевдоэфедрина. Хотя может показаться, что молекулы одинаковы, это не так, потому что проекция Фишера явно не показывает трехмерную геометрию молекулы.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): проекции Фишера для эфедрина и псевдоэфедрина.

Проекции Фишера предоставляют простой способ отличить множество существующих похожих молекул углеводов. Например, существует шестнадцать альдогексозов (см. Рисунок ниже). Обратите внимание на различные паттерны связей \ (\ ce {-OH} \) в левой и правой частях проекции Фишера для каждого из них. Изменение ориентации одной или нескольких групп \ (\ ce {-OH} \) изменяет идентичность молекулы.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): четыре из шестнадцати альдогексозов.

Каждая молекула углевода также имеет энантиомер, и эти два обозначены как D- и L-версии соединения. Обозначение основано на ориентации группы \ (\ ce {-OH} \) на хиральном углероде, наиболее удаленном от альдегида или кетона. Структуры D-глюкозы и L-глюкозы показаны на рисунке ниже. Ориентация всех групп \ (\ ce {-OH} \) обратная, но только расположение у углерода, указанного стрелкой, определяет, является ли сахар D-сахаром с \ (\ ce {-OH} \) группа справа или L-сахар с группой \ (\ ce {-OH} \) слева.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): D-глюкоза и L-глюкоза являются зеркальным отображением друг друга.

Хаворт Структуры

Как и проекции Фишера, структуры Хаворта предоставляют информацию о трехмерной структуре молекулы, не показывая ее явно на чертеже. Углеводы присутствуют в организме как в цепной, так и в кольцевой формах, причем последняя встречается чаще. Проекции Хаворта предоставляют простой способ отобразить кольцевые структуры и могут или не могут отображать атомы водорода, присоединенные к каждому углероду.Помните, что каждый углерод имеет четыре связи, поэтому подразумеваются водороды, когда структура не показывает все четыре связи. Когда образуется циклический моносахарид, могут образовываться две версии, называемые \ (\ alpha \) (alpha \) и \ (\ beta \) (beta) (см. Рисунок ниже). Стрелка на рисунке указывает на аномерный углерод , который является местом, где образуется кольцо и где ориентация группы \ (\ ce {-OH} \) может измениться. Ориентация других групп \ (\ ce {-OH} \) фиксирована, поскольку они определяются ориентацией групп \ (\ ce {-OH} \) в конкретном моносахариде (сравните с ориентацией группы \ (\ ce {-OH} \) группы в левой и правой частях проекций Фишера).Каждый моносахарид может существовать в форме \ (\ alpha \) или \ (\ beta \), и эти две формы будут взаимно преобразовываться, когда кольцо открывается и закрывается. Форма \ (\ alpha \) возникает, когда группа \ (\ ce {-OH} \) на аномерном углероде направлена вниз, а версия \ (\ beta \) существует, когда \ (\ ce {-OH} \ ) группа на аномерном углероде направлена вверх.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Циклические формы углеводов могут преобразовываться между альфа- и бета-формами.
В результате такой разной ориентации мы можем иметь четыре формы каждого моносахарида.Например, глюкоза может существовать как \ (\ alpha \) — D-глюкоза, \ (\ alpha \) — L-глюкоза, \ (\ beta \) — D-глюкоза или \ (\ beta \) — L- глюкоза. Хотя формы \ (\ alpha \) и \ (\ beta \) могут взаимно преобразовываться, этого нельзя сказать о версиях D и L. Встречающиеся в природе моносахариды находятся в версии D, называемой «D-сахара». Расположение внутри формы D или L фиксировано, и они не могут преобразовываться друг в друга.
Дисахариды
Если два моносахарида соединяются вместе, они образуют углевод, называемый дисахаридом .Два моносахарида будут связываться друг с другом в результате реакции дегидратации, в которой теряется молекула воды. Реакция дегидратации — это реакция конденсации , химическая реакция, в которой две молекулы объединяются, образуя одну единственную молекулу, теряя при этом небольшую молекулу. В реакции дегидратации этой небольшой молекулой является вода. Связь между двумя моносахаридами известна как гликозидная связь .
Примером дисахарида является сахароза (столовый сахар), которая состоит из моносахаридов глюкозы и фруктозы (см. Рисунок ниже).Другие распространенные дисахариды включают лактозу («молочный сахар») и мальтозу. Моносахариды и дисахариды также называют простыми сахарами . Они являются основным источником энергии для живых клеток.
Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): молекула сахарозы. Эта молекула сахарозы представляет собой дисахарид. Он состоит из двух моносахаридов: глюкозы слева и фруктозы справа.
Есть молоко?
Молоко — один из основных продуктов питания, необходимых для полноценного питания, особенно для растущих детей.Он содержит витамины и минералы, необходимые для здорового развития. К сожалению, молоко и другие молочные продукты также содержат лактозу — углевод, который может вызвать у некоторых людей серьезные заболевания. Непереносимость лактозы — это состояние, при котором лактоза, содержащаяся в молоке, не может хорошо усваиваться в тонком кишечнике. Затем непереваренная лактоза попадает в толстую кишку, где бактерии атакуют ее, образуя большое количество газа. Симптомы непереносимости лактозы включают вздутие живота, судороги, тошноту и рвоту. Людям с признаками непереносимости лактозы рекомендуется избегать продуктов, содержащих лактозу.Поскольку молочные продукты могут содержать множество жизненно важных питательных веществ, можно принимать таблетки, которые обеспечивают необходимые пищеварительные материалы в тонком кишечнике. Также доступно молоко без лактозы.
Олигосахариды
Олигосахарид представляет собой сахаридный полимер, содержащий небольшое количество (обычно от двух до десяти) моносахаридов. Олигосахариды могут выполнять множество функций; например, они обычно находятся на плазматической мембране клеток животных, где они могут играть роль в распознавании клеток.Как правило, они обнаруживаются прикрепленными к совместимым боковым цепям аминокислот в белках или липидах.
Олигосахариды часто встречаются в составе гликопротеинов или гликолипидов . Они часто используются в качестве химических маркеров снаружи клеток, часто для распознавания клеток. Олигосахариды также несут ответственность за определение группы крови.
Группа крови
Углеводы, прикрепленные к эритроцитам, также определяют группу крови (см. Рисунок ниже).Из четырех групп крови группа O имеет наименьшее количество сахаридов, связанных с ней, а группа AB — больше всего. В результате кровь типа O считается универсальным донором, потому что в ней нет сахаридов, которые будут выглядеть чужеродными при переливании в кровь другого типа. Обратное неверно. Например, если кровь типа A дается пациенту с кровью типа O, она будет отвергнута организмом, потому что в организм вводятся неизвестные виды. Клетки крови типа А содержат N-ацетилгалактозамин, которого нет в крови типа О.Человек с кровью типа O подвергнется отторжению после получения крови типа A. Фактор Резуса (Rh) в крови также влияет на донорские и акцепторные свойства, но не зависит от углеводов. Фактор резус определяется наличием (Rh +) или отсутствием (Rh-) определенного белка на поверхности эритроцитов.
Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Группы крови ABO.
Полисахариды
Полисахариды представляют собой длинные углеводные молекулы из повторяющихся мономерных единиц, соединенных гликозидными связями.Полисахарид может содержать от нескольких моносахаридов до нескольких тысяч моносахаридов. Полисахариды также называют сложными углеводами . Полисахариды имеют общую формулу \ (\ ce {C_x (H_2O) _y} \), где \ (x \) обычно большое число от 200 до 2500.
Крахмал — один из наиболее распространенных полисахаридов. Крахмал состоит из смеси амилозы \ (\ left (15 \ right. \) — \ (\ left. 20 \% \ right) \) и амилопектина \ (\ left (80 \ right.\) — \ (\ влево. 85 \% \ вправо) \). Амилоза состоит из линейной цепи из нескольких сотен молекул глюкозы, а амилопектин — это разветвленные молекулы, состоящие из нескольких тысяч единиц глюкозы. Крахмал может перевариваться реакциями гидролиза , катализируемыми ферментами, называемыми амилазами , которые могут разрушать гликозидные связи. У людей и других животных есть амилазы, поэтому они могут переваривать крахмал. Картофель, рис, пшеница и кукуруза являются основными источниками крахмала в рационе человека. Образование крахмала — это способ хранения глюкозы в растениях. Гликоген иногда называют животным крахмалом . Гликоген используется для длительного хранения энергии в клетках животных. Гликоген вырабатывается в основном печенью и мышцами.
Мы уже на месте?
По мере того, как становится теплее, бегуны выходят. Не только случайные бегуны, но и действительно серьезные, которым действительно нравится пробегать все 26,2 мили марафона. Перед этими гонками (и многими более короткими) вы много слышите о углеводной загрузке. Эта практика предполагает употребление в пищу большого количества крахмала за несколько дней до забега.Крахмал превращается в глюкозу, которая обычно используется для получения биохимической энергии. Избыточная глюкоза хранится в виде гликогена в печени и мышечной ткани для использования при необходимости. Если доступно много гликогена, у мышц будет больше биохимической энергии, которую они могут использовать в долгосрочной перспективе. Остальные из нас будут просто сидеть в ресторане на тротуаре, есть наши спагетти и наслаждаться тем, как другие люди усердно работают.
Основные функции полисахаридов заключаются в хранении энергии и формировании структурных тканей.Примеры нескольких других полисахаридов и их роли перечислены в таблице ниже. Эти сложные углеводы играют важную роль в живых организмах.
Таблица \ (\ PageIndex {1} \): сложные углеводы
Сложный углевод Функция Организм
Крахмал Накапливает энергию
Растения
Амилоза Накапливает энергию Растения
Гликоген Накопители энергии
Животные
Целлюлоза Образует клеточные стенки
Растения
Хитин Образует экзоскелет
Некоторые животные
Авторы и ссылки
Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.
Эллисон Султ, Ph.D. (Кафедра химии, Университет Кентукки)
Что такое углеводы: структура, функции и продукты питания
Простое определение углеводов: углеводы состоят из сахаров и служат основным источником энергии для организма.
Кредит изображения: fcafotodigital / E + / GettyImages
Углеводы являются одним из трех макроэлементов, наряду с белком и жиром, которые вам необходимы в довольно больших количествах для поддержания вашей жизни и важных функций организма.
Они обеспечивают наиболее желаемую форму энергии для вашего тела в виде глюкозы и содержат 4 калории на грамм. Когда вы едите углеводы, ваше тело расщепляет их на глюкозу, которая попадает в ваш кровоток и обеспечивает энергией ваши клетки. Ежедневное употребление достаточного количества углеводов гарантирует, что ваше тело будет иметь доступ к достаточному количеству глюкозы для правильного функционирования.
Диетологи и представители общественного здравоохранения по-прежнему рекомендуют вам получать большую часть калорий из этого питательного вещества, поэтому важно научиться определять высококачественные и полезные углеводы.
Основная структура углеводов
Углеводы — это простой сахар. По данным Университета штата Орегон, углеводы состоят из элементов углерода, водорода и кислорода, обычно в два раза больше водорода, чем углерод и кислород (это основная характеристика углеводов).
В простейшей форме углевод представляет собой цепочку молекул сахара, называемых моносахаридами. Когда эти простые сахара объединяются, вы получаете дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
Углеводы делятся на две основные категории: простые углеводы и сложные углеводы. Простые углеводы — это те углеводы, которые содержат одну или две молекулы сахара, связанные вместе. Сложные углеводы — это углеводы, которые содержат три или более молекул сахара, связанных вместе. В некоторых случаях эти цепочки могут содержать сотни сахаров.
Выбранные вами свойства углеводов влияют на то, как ваше тело на них реагирует. В своем рационе вы можете есть простые или сложные углеводы.
Простые углеводы включают сахара, которые естественным образом содержатся в таких продуктах, как фрукты, овощи, молоко и молочные продукты. Вы также добавите в свой рацион много простых углеводов, если будете есть обработанные продукты и безалкогольные напитки.
Сложные углеводы содержатся в цельнозерновых продуктах, таких как хлеб и крупы. Вы также найдете их в крахмалистых овощах и бобовых, таких как бобы.
Решая, какие углеводы вы хотите есть, лучше выбирать цельные, а не рафинированные.Цельные углеводы содержат все части ядра пшеницы, включая зародыши, эндосперм и отруби.
Рафинированные углеводы проходят обширную обработку, в ходе которой удаляются отруби и зародыши. По данным Министерства сельского хозяйства США, процесс очистки делает эти углеводы более стабильными при хранении и визуально привлекательными, но также удаляет важные питательные вещества, такие как клетчатка, железо и витамины группы B.
Примеры здоровой пищи с высоким содержанием сложных углеводов:
цельнозерновые
макаронные изделия из цельнозерновой муки
коричневый рис
овес
фруктов
овощи
фасоль
Рафинированные углеводы включают:
белый хлеб
белая паста
белый рис
конфеты
фруктовый сок
Клетчатка — важный вид углеводов, содержащихся в растительной пище.Преимущества клетчатки включают в себя помощь в регулировании функции кишечника, снижение риска развития геморроя и мешков в толстой кишке, снижение уровня холестерина и контроль уровня сахара в крови.
Энергия — основная функция углеводов
Углеводы — главный источник топлива для вашего тела. Они легче всего превращаются в глюкозу, которая используется вашими клетками для получения энергии. Все системы и органы вашего тела нуждаются в глюкозе для правильного функционирования. Углеводы также защищают ваши мышцы, когда ваше тело ищет энергии.
Если вы придерживаетесь низкоуглеводной диеты, ваше тело в следующий раз превратится в жировую ткань, но затем начнет использовать ваши мышцы, если это необходимо. Избыточные углеводы, которые не используются сразу для получения энергии, сохраняются в виде гликогена. По данным Колумбийского университета, когда запасы гликогена достигают предела, избыточные углеводы откладываются в виде жира.
Хотя использование углеводов в качестве источника энергии для вашего тела важно само по себе, присутствие углеводов не позволяет организму использовать белок в организме для получения энергии.
Не все углеводы одинаковы. Когда углеводы отделяются от клетчатки, они довольно быстро перерабатываются, вызывая быстрое повышение уровня сахара в крови и уровня инсулина, согласно изданию Harvard Health Publishing.
Углеводы, которые делают это, называются высокогликемическими. Диеты с высоким гликемическим индексом связаны с диабетом и ожирением. Сложные углеводы, как правило, имеют низкий гликемический индекс, поддерживают относительно стабильный уровень сахара в крови и медленнее перевариваются. Гликемический индекс классифицирует углеводы по их влиянию на уровень сахара в крови по сравнению с простым сахаром.Пища с оценкой выше 70 считается высокогликемической.
Институт медицины рекомендует, чтобы от 45 до 65 процентов ежедневных калорий поступало из углеводов. Вам нужно от 20 до 35 граммов клетчатки. Однако важно правильно выбирать углеводы.
Углеводы из обработанных пищевых продуктов, как правило, содержат лишние калории, что затрудняет контроль веса. Он рекомендует получать большую часть углеводов из основных групп продуктов, включая фрукты, овощи и цельнозерновые продукты.
углеводов Структура, формула и типы | Что такое углеводы? — Видео и стенограмма урока
Структура углеводов
Элементы
Углеводы состоят из элементов углерода, водорода и кислорода. Каждый атом углерода связан по крайней мере с одним атомом кислорода. Все углеводы включают альдегидную или кетонную группу и гидроксильную группу. Углеводы могут образовывать длинные прямые или разветвленные цепи. Но, независимо от окончательной структуры, вся сложная структура углеводов состоит из отдельных единиц, называемых моносахаридами или отдельными сахарами.Каждый моносахарид состоит из формулы углеводов: Ch3On, где n — число больше двух.
Физические свойства
Углеводы представляют собой разный класс макромолекул и, следовательно, обладают разными физическими свойствами. Глюкоза, например, представляет собой кристаллический белый порошок при комнатной температуре. Он имеет температуру плавления от 153 до 156 градусов по Цельсию. Крахмал — это сложный углевод, содержащий множество связанных друг с другом молекул глюкозы. В результате повышенной сложности он имеет более высокую температуру плавления 256–258 градусов по Цельсию.При комнатной температуре крахмал также представляет собой белый кристаллический порошок.
Типы
Углеводы можно классифицировать по количеству сахаров в молекуле. В таблице ниже приведены 3 типа углеводов и примеры.
Тип углеводов Количество сахаров Примеры
Моносахарид Один сахар Глюкоза, фруктоза
Дисахарид Два сахара лактоза, сахароза
Полисахарид Три или более сахара Крахмал, целлюлоза
Связь
Моносахариды связаны гликозидными связями.Этот тип связи встречается только в углеводах и связывает два моносахарида вместе с простой эфирной группой. Гликозидные связи классифицируются в зависимости от того, какие элементы участвуют в связывании с углеродом. Большинство гликозидных связей используют только углерод, водород и кислород, но некоторые могут использовать серу или азот. Например, N-гликозидная связь представляет собой углерод, присоединенный к азоту, и обычно используется при добавлении углеводов к белкам.
Гликозидные связи собираются с использованием синтеза дегидратации, также известного как реакция конденсации.В этой реакции гидроксильная группа одного атома углерода уходит с дополнительным атомом водорода другого углерода, образуя воду. Существует два основных типа гликозидных связей: 1,4-гликозидная связь и 1,6-гликозидная связь. Эти два типа связей основаны на том, какие атомы углерода присоединены к моносахаридам. Два типа гликозидных связей определяют структуру углеводной цепи. 1,4-гликозидная связь создает линейную структуру, а 1,6-гликозидная связь создает разветвленную структуру.
Есть также два типа связей, альфа и бета, в зависимости от стереохимии связи. Если связь образуется ниже кольца глюкозы, связь является альфа, а если связь образуется над кольцом, связь является бета. Это имеет важные последствия для людей, потому что пищеварительный тракт способен разрушать только альфа-связи. Таким образом, углеводы растительного происхождения, такие как целлюлоза, в которых используются бета-связи, не могут расщепляться и абсорбироваться.
Растворимость
Этот химический состав придает углеводам их физические свойства.Углеводы обычно растворимы в воде из-за полярности связей между кислородом и другими атомами в молекуле. Полярность позволяет образовывать водородные связи между углеводами и водой.
Свойства углеводов
Углеводы имеют несколько общих свойств, в том числе:
Состоит из моносахаридов, имеющих кольцевую структуру
Моносахариды связаны гликозидными связями
Растворим в воде
Вкус сладкий
Эти свойства позволяют углеводам быть источником топлива для живых существ, поскольку они растворимы в воде и легко распадаются на отдельные сахара, которые могут окисляться во время клеточного дыхания.
Функции углеводов
Основная функция углеводов — быстрое создание энергии для тела, но они также выполняют другие второстепенные функции.
Quick Energy
Углеводы используются для быстрого получения энергии в живых организмах. Глюкоза является основным источником топлива для процесса клеточного дыхания и источником топлива, которое можно легко использовать. Во время клеточного дыхания клетки используют кислород и глюкозу для производства АТФ или энергии, а углекислый газ и воду — как продукты жизнедеятельности.Более крупные углеводы, такие как гликоген и крахмал, расщепляются на простые сахара, которые используются в клеточном дыхании.
Накопление энергии
Углеводы также можно использовать для хранения энергии на время, когда простых сахаров мало. У животных углеводы хранятся в виде гликогена. В растениях углеводы хранятся в виде крахмала, который состоит из двух сложных сахаров, амилопектина и амилозы. Люди потребляют многие из этих растений в пищу, например, картофель, горох или кукурузу.
Регуляция метаболизма
Доступность углеводов также регулирует метаболизм других макромолекул, таких как белки и липиды.Углеводы являются предпочтительным источником топлива для организма и, следовательно, будут иметь приоритет над другими молекулами. Это предотвращает расщепление важных структурных белков на топливо.
Передача сигналов в клетках
Углеводы также используются в передаче сигналов в клетках. Многие животные клетки содержат внеклеточные углеводы, которые прикреплены к мембранным липидам или белкам через гликозидные связи. Эти поверхностные углеводы помогают в распознавании клеток и помогают клетке идентифицировать хозяина по сравнению с чужеродными клетками.
Структура
Углеводы также важны структурно. У растений углеводная целлюлоза является важным компонентом клеточной стенки и помогает обеспечить жесткую структуру и поддержку растения. Хитин — это тип углеводов, который используется в клеточных стенках грибов и экзоскелете членистоногих и некоторых морских животных. У животных углеводы являются важной частью внеклеточного матрикса, который помогает закрепить клетки на месте и обеспечивает структуру тканей.
Целлюлоза — углевод, используемый в структуре
Использование углеводов
Основное использование углеводов в живых организмах для получения энергии.Однако у тела и людей есть и другие способы использования углеводов. Клетчатка, такая как целлюлоза, особенно важна для пищеварения человека. Это помогает продвигать пищу через пищеварительную систему человека и предотвращает запоры. В промышленности целлюлоза используется для производства целлюлозы и бумаги. Глюкозу также можно использовать в качестве сырья для ферментации и в химической промышленности.
Краткое содержание урока
Углеводы — это макромолекулы, состоящие из молекул углерода, водорода и кислорода.Углеводы состоят из отдельных сахаров или моносахаридов и содержат функциональные группы, гидроксильные группы и сложные эфиры. Углеводы можно классифицировать по количеству содержащихся в них сахаров:
Моносахариды — один сахар
Дисахарид — два сахара
Полисахарид — три или более сахара
Глюкоза является моносахаридом и является основным источником энергии для клеточного дыхания. Глюкоза собирается в более крупные молекулы посредством синтеза дегидратации, который создает гликозидные связи.Животные хранят углеводы в виде гликогена, а растения — в виде крахмала, который состоит из амилозы и амилопектина. Углеводы содержатся в таких продуктах, как макаронные изделия и крупы, и могут использоваться в организме для следующих функций:
Quick energy
Энергоаккумулятор
Регуляция обмена веществ
Сигнализация соты
Структура
углеводов: значение, классификация и структурные особенности
Давайте углубимся в изучение углеводов в растениях.Прочитав эту статью, вы узнаете о 1. Значение углеводов 2. Классификация углеводов 3. Структурные особенности моносахаридов с открытой цепью и кольцевых форм.
Значение углеводов:
Углеводы представляют собой группу органических соединений, состоящих из C, H, O, обычно в соотношении 1: 2: 1, и включают такие хорошо известные соединения, как сахара, крахмал, целлюлозу и т. Д.
Ранее углеводы считались гидратами углерода и соответствовали общей формуле (C.H ₂ O) н.
Но название группы «углеводы» иногда вводило в заблуждение, потому что:
(i) Некоторые органические соединения, например, формальдегид (HCHO), уксусная кислота (CH ₃ COOH), молочная кислота (C ₃ H ₆ O ₁) инозитол (C ₆ H ₁₂ O ₆) и т. Д. Соответствуют общей формуле, но не являются углеводами.
(ii) Некоторые углеводы, например рамноза (C ₆ H ₁₂ O ₅), рамногексоза (C ₇ H ₁₄ O ₆), дигитоксоза (C ₆ H ₁₂ O ₄) не соответствуют приведенной выше общей формуле.
(iii) Помимо углерода, водорода и кислорода, некоторые углеводы также содержат азот и серу.
Следовательно, углеводы более уместно называть полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами и их производными или веществами, которые образуются при гидролизе. Но название группы «углеводы» по-прежнему сохраняется традиционно.
Обмен углеводов имеет первостепенное значение для организмов индивидуально и коллективно. По сути, все органические продукты питания получены в результате синтеза углеводов посредством фотосинтеза.
Катаболизм углеводов обеспечивает основную долю потребности в энергии для поддержания жизни и подготовки к работе. Более того, углеводы действуют как резервуары энергии, выполняют архитектурные функции и являются важными составляющими нуклеиновых кислот.
Классификация углеводов :
В зависимости от их сложности и поведения при гидролизе углеводы подразделяются на следующие 3 категории (рис.13.1).
1. Моносахариды:
я. Это простейшие углеводы, известные как сахара.
ii. Это строительные единицы сложных углеводов.
iii. Они не поддаются гидролизу.
iv. Они имеют сладкий вкус, прозрачны и растворимы в воде.
v. Они имеют потенциальную альдегидную или кетогруппу и, следовательно, являются восстанавливающими по своей природе.
vi. Альдегидная группа или восстановительный центр всегда находится у C No.1 молекулы моносахарида. Такие сахара известны как альдозы или альдозы.
vii. Кетогруппы моносахаридов известны как кетозы или кетозные сахара. В таких сахарах кетогруппа или восстановительный центр всегда находится у C №2.
В зависимости от количества атомов C моносахариды классифицируются следующим образом:
(i) Триозные сахара, C ₃ H ₆ O ₃ (например, глицеральдегид, дигидроксиаэетон)
(ii) Тетрозные сахара, C ₄ H ₈ O ₄ (e.г., эритроза)
(iii) Пентозные сахара, C ₅ H ₁₀ O ₅ (например, рибоза, рибулоза, ксилоза, ксилулоза, арабиноза).
(iv) Гексозные сахара, C ₆ H ₁₂ O ₆ (например, глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза).
(v) Гептозные сахара, C ₇ H ₁₄ O ₇ (например, седогептулоза).
2. Олигосахариды :
я. Они состоят из более чем одной, но меньшего числа молекул моносахаридов, соединенных гликозидными связями.
ii. При гидролизе они дают моносахаридные звенья, которые могут быть похожими или разными.
iii. Это также сладкие на вкус кристаллические растворимые сахара.
iv. Они могут иметь или не иметь свободную группу -ОН в восстанавливающем центре и, соответственно, могут быть или не быть восстанавливающими.
В зависимости от количества молекул моносахаридов, которые их составляют, олигосахариды сгруппированы в следующие категории:
(i) Дисахариды.C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ (например, сахароза, мальтоза, лактоза и т. Д.)
(ii) Трисахариды, C ₁₈ H ₃₂ O ₁₆ (например, рафиноза, генцианоза и т. Д.)
3. Полисахариды :
я. Они состоят из большого количества (часто тысяч) моносахаридных единиц, образующих разветвленные или неразветвленные цепи.
ii. Их можно гидролизовать с получением обычно подобных моносахаридных звеньев.
iii. Обычно они аморфные, безвкусные, не содержащие сахара и нерастворимые в воде.
Полисахариды можно разделить на две категории:
(i) Структурные полисахариды (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, хитин, камедь, слизь и т. Д.)
(ii) Накопительные полисахариды (например, крахмал, инулин, гликоген и т. Д.)
Конструктивные особенности:
Открытые цепные и кольцевые формы моносахаридов :
Многие моносахариды e.g-рибоза, глюкоза, фруктоза и т.д. существуют как в форме открытой прямой цепи, так и в форме кольца. Если кольцо 5-членное, его называют фуранозным сахаром. Сахар с 6-членным кольцом называется пиранозным сахаром, например,
(Названия пираноза и фураноза происходят от шестичленных и пятичленных циклических эфиров, называемых пираном и фураном, соответственно, с которыми эти сахара имеют формальное сходство).
Если асимметричный углеродный атом с самым высоким номером в молекулах сахара содержит группу -ОН на правой стороне в структуре с открытой цепью, сахар известен как D-сахар, а если на левой стороне, он известен как L-сахар.Например, в структуре с открытой цепью глюкозы углеродные числа 2, 3, 4 и 5 асимметричны. Таким образом, асимметричный С-атом с самым высоким номером имеет номер 5. Как показано ниже, он несет группу -ОН с правой стороны, и, следовательно, глюкоза называется D-сахаром и записывается как D-глюкоза или D-глюкопираноза (в случае 6-членная кольцевая структура).
В арабинозе (пентозный сахар) асимметричный атом углерода с самым высоким номером — 4, который несет группу -ОН с левой стороны, поэтому это L-сахар и называется L-арабинозой.
(Атом углерода, четыре валантности которого удовлетворяются четырьмя различными группами или атомами, называется асимметричным атомом углерода).
я. Почти все сахара в растениях — это D-сахара.
ii. Символы D и L не следует путать с оптической активностью. Если соединение является оптически активным и вращает плоскополяризованный свет вправо, оно называется правовращающим и обозначается маленькой курсивной буквой d или знаком +. Но, если он поворачивает плоскость влево, это называется левовращающим и обозначается знаком I или -.Например, D-глюкоза является правовращающей, а D-фруктоза — левовращающей и записывается как: —
D (+) Глюкоза
или
D (d) Глюкоза
D (-) фруктоза
или
D (л) Фруктоза
iii. Кольцевая форма сахаров на самом деле представляет собой циклическую полуацетальную или гемикетальную структуру, образованную комбинацией карбонильной группы (т. Е. Альдегидной группы при C ₁ в альдозных сахарах и кетогруппы при C ₂ в кетозных сахарах) и одной гидроксильных групп (обычно у асимметричного С-атома с самым высоким номером) молекулы сахара в структуре с открытой цепью.
Образование полуацетальной или гемикетальной связи создает новый асимметричный центр при C ₁ в альдозных сахарах и C ₂ в кетозных сахарах, который теперь называется аномерным атомом углерода. Взяв, например, a-D-глюкопиранозу, кольцевая форма сахаров обычно описывается следующими двумя структурными формулами:
Хотя структура I указывает на основные характеристики a-D-глюкопиранозы, она дает мало понимания фактической формы молекулы и пространственного отношения различных функциональных групп друг к другу.Последние особенности четко представлены структурой II, которую также называют формулой Хаворта.
iv. В перспективной формуле Хаворта плоскость пиранозного кольца считается перпендикулярной плоскости страницы, на которой оно написано с заместителями (-H, -OH и -CH ₂ OH-группами) либо выше, либо ниже плоскости. кольца. Тонкие связи кольца находятся за плоскостью бумаги, а толстые связи перед ней.
(Как правило, заместители, записанные с правой стороны С-цепи в структуре I, показаны ниже плоскости кольца в представлении Хауорта, а заместители с левой стороны выше плоскости кольца.Однако противоположное правило применяется к тому атому С, группа -ОН которого участвует в образовании циклического полуацеталя. Таким образом, группа CH ₂ OH написана в верхнем положении, а атом H на том же атоме углерода записан ниже, несмотря на то, что он находится слева в структуре I.
На практике, однако, атомы углерода кольца и атомы Н опускаются, и часто толстые связи кольца не показаны. Формула также может быть перевернута или скручена в олиго- и полисахаридах, чтобы более четко показать связи между различными молекулами моносахаридов.)
Если в представлении сахаров Хауорта группа -ОН в восстанавливающем центре (т. Е. C № 1 в альдозных сахарах и C № 2 в кетозных сахарах) присутствует ниже плоскости кольца, то говорят, что сахар быть в форме. И если он присутствует над плоскостью кольца, говорят, что сахар находится в β-форме. Например,
Когда α- и β-формы переходят друг в друга, это явление называется мутаротацией.
Между этими двумя формами кольцевого соединения существует равновесие.Например, равновесие при мутаротации синтетического образца D-глюкопиранозы соответствует смеси 36% α-формы и 64% β-формы.
α и β-формы данного сахара являются аномерами друг друга.
(Пропорции сахаров с открытой цепью и кольцевых форм в растворе различаются для разных сахаров. Для большинства альдогексоз и альдопентозов преобладает кольцевая форма. Фруктоза (сахар кетозы) и большинство альдопентозов содержатся преимущественно в фернозе формы, в то время как глюкоза и другие альдогексозы существуют в основном в форме пиранозы.

Углеводы строение и функции — химия, презентации

Углеводы клетки их функции, классификация

Классификация углеводов химическая

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Таблица углеводов и их функции

Основные общие функции углеводов

Углеводы | Tervisliku toitumise informatsioon

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на две больших группы:

Углеводы выполняют в организме множество функций:

Основные углеводы и их лучшие источники:

Пищевые волокна

Пищевые волокна:

Рекомендации по увеличению потребления продуктов, богатых крахмалом и пищевыми волокнами:

Сахар

Сахар добавляют во многие продукты, но больше всего его содержат:

Употреблять меньше сахара – задача решаемая!

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды.

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды.

Таблица. Сравнение классов углеводов.

Таблица. Наиболее распространенные углеводы.

Таблиица.Основные функции углеводов.

Таблица. Основные функции липидов.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Часть А

Часть В

Часть С

Приемная комиссия БГМУ

Программа вступительных испытаний по биологии

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды

Органические молекулы – углеводы 10 кл биология

Углеводы — определение, структура, типы, примеры, функции

Что такое углеводы?

Углеводы — определение, структура, типы, примеры, функции

Структура и характеристики углеводов в рационах свиней: обзор | Journal of Animal Science and Biotechnology

Моносахариды

Дисахариды

Олигосахариды

Полисахариды

Некрахмальные полисахариды

Структура и функции углеводов

Результаты обучения

Моносахариды

Практический вопрос

Дисахариды

Полисахариды

Резюме: Структура и функции углеводов

Внесите свой вклад!

5.2: Углеводные структуры — Chemistry LibreTexts

Углеводы

Моносахариды

Прогнозы Фишера

Хаворт Структуры

Дисахариды

Олигосахариды

Группа крови

Полисахариды

Авторы и ссылки

Что такое углеводы: структура, функции и продукты питания

Основная структура углеводов

Энергия — основная функция углеводов

углеводов Структура, формула и типы | Что такое углеводы? — Видео и стенограмма урока

Структура углеводов

Элементы

Физические свойства

Типы

Связь

Растворимость

Свойства углеводов

Функции углеводов

Quick Energy

Накопление энергии

Регуляция метаболизма

Передача сигналов в клетках

Структура

Использование углеводов

Краткое содержание урока

углеводов: значение, классификация и структурные особенности

Добавить комментарий Отменить ответ