Биологические функции углеводов


Биологические функции углеводов

Углеводы являются важным классом природных органических соединений. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле (до 80 %  сухого вещества растений и около 2 % сухого вещества животных организмов составляют углеводы).

В живой природе углеводы выполняют следующие функции:

– источники энергии в метаболических процессах (в растениях — крахмал, в животных организмах — гликоген);

– структурные компоненты клеточных стенок растений (целлюлоза); -–– выполняют роль субстратов и регуляторов специфических биохимических процессов;

–  являются составными элементами жизненно важных веществ: нуклеиновых кислот, коферментов, витаминов и др.

– углеводы служат основным компонентом пищи млекопитающих, а человека обеспечивают пищей, одеждой и жилищем.

На долю углеводов приходится 60-70% пищевого рациона. Они содержатся преимущественно в растительных продуктах, являются основными компонентами хлеба, круп, макарон, кондитерских изделий, служат сырьем в бродильной промышленности, в производстве пищевых кислот: уксусной, молочной, лимонной.

Только растения способны осуществлять полный синтез углеводов путем фотосинтеза, в процессе которого вода и углекислый газ превращаются в углеводы под действием солнечного света как источника энергии. Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их из растительных источников:

солнечная энергия (hn)

В результате фотосинтеза накапливается огромное количество гомополисахаридов — целлюлозы и крахмала. Некоторые растения накапливают углеводы в виде уникального дисахарида — сахарозы, который выделяют в настоящее время в значительных количествах (8.2 × 107 т/год). В отличие от не возобновляемых запасов органических веществ (нефть, газ, каменный уголь) запасы углеводов восполняются в живой природе ежегодно.

Классификация углеводов

Углеводами (или сахарами) называют группу природных веществ, которые в соответствии с химической классификацией являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами, либо продуктами их поликонденсации.

Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (Тартуского) университета К. Шмидтом в 1884 году, в связи с тем, что первые из известных их представителей имели состав Сn(Н2О)m,  т. е. их рассматривали как соединения углерода с водой.

В настоящее время известно множество углеводов, по составу не соответствующих этой формуле. Однако термин «углеводы» сохранился, хотя не отражает ни состава, ни химической природы этого класса соединений. Второе название углеводов — (сахара) связано с тем, что многие представители этого класса соединений обладают сладким вкусом, обычный сахар С12Н22О11 входит в  их состав.

Классификация углеводов основана на структуре и физико-химических свойствах.

Углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды (простые сахара) – углеводы, которые не способны гидролизоваться до более простых соединений.

Олигосахариды (низкомолекулярные сахара) – углеводы, которые при гидролизе распадаются на 2-8 моносахаридов («олигос» – по-гречески немногий).

Полисахариды (сложные сахара) – продукты конденсации моносахаридов, они способны гидролизоваться с образованием простых углеводов (от десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов).



Понятие "углеводы" и их биологические функции. Классификация углеводов: моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Оптическая активность молекул углеводов. Кольчато-цепная изомерия. Физико-химические свойства моносахаридов. Химические реакции глюкозы.

HTML-версии работы пока нет.

  • Углеводы

    Химическая классификация углеводов: полигидроксикарбонильные соединения. Свойства и структура моносахаридов, их химические свойства. Реакции брожения и их применение. Биосинтетические реакции углеводов. Производные моносахаров, гликозиды и их биосинтез.

    реферат [5,4M], добавлен 27.08.2009

  • Моносахариды и дисахариды

    Классификация и строение углеводов. Физические и химические свойства моносахаридов, их роль в природе и жизни человека. Биологическая роль дисахаридов, их получение, применение, химические и физические свойства. Место связи моносахаридов между собой.

    презентация [666,2 K], добавлен 27.03.2014

  • Углеводы. Строение и функции

    Углеводы – группа органических соединений.

    27 . Биологические функции углеводов.

    Строение и функции углеводов. Химический состав клетки. Примеры углеводов, их содержание в клетках. Получение углеводов из двуокиси углерода и воды в процессе реакции фотосинтеза, особенности классификации.

    презентация [890,0 K], добавлен 04.04.2012

  • Роль углеводов в организме

    Понятие и классификация углеводов, основные функции в организме. Краткая характеристика эколого-биологической роли. Гликолипиды и гликопротеины как структурно-функциональные компоненты клетки. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов.

    контрольная работа [415,8 K], добавлен 03.12.2014

  • Биохимия углеводов в организме человека

    Энергетическая, запасающая и опорно-строительная функции углеводов. Свойства моносахаридов как основного источника энергии в организме человека; глюкоза. Основные представители дисахаридов; сахароза. Полисахариды, образование крахмала, углеводный обмен.

    доклад [14,5 K], добавлен 30.04.2010

  • Обмен углеводов

    Общая характеристика углеводов и их функции в организме. Расщепление поли- и дисахаридов до моносахаридов. Анаэробное и аэробное расщепление глюкозы. Взаимопревращение гексоз. Схема ферментативного гидролиза крахмала под действием амилаз разных типов.

    презентация [13,5 M], добавлен 13.10.2013

  • Классификация, физико-химические свойства аминокислот

    Определение, функции основных аминокислот, их физико-химические свойства и критерии классификации. Оптическая активность, конфигурация и конформация аминокислот. Растворимость и кислотно-основные свойства аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

    реферат [2,3 M], добавлен 05.12.2013

  • Углеводы. Моносахариды

    Углеводы как неотъемлемый компонент клеток и тканей живых организмов растительного и животного мира и основная часть органического вещества на Земле. Простые и сложные углеводы, их химические свойства. Особенности моносахаридов, их виды и классификация.

    презентация [1,2 M], добавлен 17.11.2014

  • Биологическая функция нуклеиновых кислот

    Первичная структура полинуклеотидов. Вторичная и третичная структуры ДНК. Типы РНК и их биологические функции. Физико-химические свойства ДНК. Структура и физико-химические свойства РНК. Определение нуклеозидфосфатов методом тонкослойной хроматографии.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.03.2011

  • Обмен белков, жиров и углеводов

    Результат расщепления и функции белков, жиров и углеводов. Состав белков и их содержание в пищевых продуктах. Механизмы регулирования белкового и жирового обмена. Роль углеводов в организме. Соотношение белков, жиров и углеводов в полноценном рационе.

    презентация [23,8 M], добавлен 28.11.2013

  • Биология Биологические функции углеводов

    Классификация углеводов и их свойства

    Содержание углеводов в живой материи

    Углеводы – самые распространенные на Земле органические вещества. Οʜᴎ содержатся в клетках всœех живых организмов. Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула Сn(Н2O)m. У большинства углеводов число атомов водорода в 2 раза превышает количество атомов кислорода. Позднее были найдены углеводы, не отвечающие этой общей формуле, но название «углеводы» сохранилось.

    В животных клетках углеводов немного: 1–2, иногда до 5% (к примеру, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами – там их содержание достигает 90% сухой массы.

    Углеводы, или сахариды, по особенностям строения делятся на три группы.

    1. Моносахариды (монозы, или простые сахара) – состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, бесцветные и хорошо растворимые в воде. Почти всœе они обладают приятным сладким вкусом.

    Сахароза

    Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединœениями, как рибоза (С5Н10О5) и дезоксирибоза (С5Н10О4). В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, а также в состав АТФ.

    2. Олигосахариды составляют промежуточную группу между моносахаридами и полисахаридами. Οʜᴎ содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. Учитывая зависимость отколичества остатков моносахаридов (количества мономерных звеньев), входящих в молекулы олигосахаров, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза. наиболее часто встречаются в природе дисахариды: мальтоза, или солодовый сахар, состоящий из двух молекул глюкозы; лактоза, входящая в состав молока и состоящая из галактозы и глюкозы; сахароза, или свекловичный сахар, включающий глюкозу и фруктозу. Дисахариды, как и моносахариды, растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

    Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами.

    3. Полисахариды второго порядка, или несахароподобные сложные углеводы, в воде не растворяются, сладкого вкуса не имеют. Образуются в результате реакции поликонденсации и состоят из большого числа моносахаридов. Молекулярная масса велика и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Важнейшими полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.

    Крахмал является смесью двух полимеров -глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединœенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы – от 60 до 300 остатков глюкозы. Молекулы амилозы свернуты в спирали. Амилоза способна растворяться в горячей воде и в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит как из линœейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в синœе-фиолетовый цвет.

    Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)n. Крахмал содержится в большом количестве, к примеру, в клубнях картофеля, в большинстве семян и во многих плодах. Запасается крахмал в виде крахмальных зерен, наиболее крупные они у картофеля, а самые мелкие – у риса и гречихи.

    Гликоген – полисахарид, содержащийся в тканях тела животных и человека, а также грибах, дрожжах и зерне сахарной кукурузы. Гликоген играет важную роль в превращениях углеводов в животных организмах. Он в значительных количествах накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Гликоген поставляет глюкозу в кровь. Он является полимером -глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30 тыс. остатков глюкозы.

    Клетчатка (целлюлоза) – главный структурный полисахарид клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всœего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. По своей структуре это линœейный полимер. Ее молекула представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных -глюкозой. Множество линœейных молекул целлюлозы уложено параллельно и «связано в пучки» водородными связями.

    Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, в связи с этим целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений.

    Конформация молекулы целлюлозы

    Хитин — ϶ᴛᴏ другой полимер, мономером которого является аминопроизводное -глюкозы – Nацетилглюкозамин. Хитин является еще одним строительным материалом, которого особенно много в наружном скелœете членистоногих и в клеточных стенках грибов.

    Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, углеводы – разнообразная по своему строению, а следовательно, и по физическим и химическим свойствам, группа веществ. Это многообразие позволяет им выполнять в клетках и организмах многочисленные функции.

    Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, в связи с этим подчеркнем лишь главные функции углеводов.

    1. Энергетическая – углеводы служат источником энергии для организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии.

    Функции углеводов в организме

    Следует отметить, что сахара являются главным источником быстро мобилизуемой энергии, так как в процессе пищеварения они легко переводятся в форму, пригодную для удовлетворения энергетических потребностей клеток.

    2. Строительная – целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин обнаруживается в клеточной стенке грибов и в наружном скелœете членистоногих, гликопротеиды – соединœения углеводов с белками входят в состав хрящевой и костной ткани животных.

    3. Запасающая – выражается в том, что крахмал накапливается клетками растений, а гликоген – клетками животных. Эти вещества служат для клеток и организмов источником глюкозы, которая легко высвобождается по мере крайне важности.

    4. Защитная – гепарин – ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными желœезами и богатые углеводами, предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов; камеди, выделяющиеся в местах повреждения стволов и ветвей, защищают деревья и кустарники от проникновения инфекций через раны.

    5. Составная часть жизненно важных веществ – входят вместе с белками в состав ферментов, входят в состав ДНК, РНК, АТФ, принимают участие в синтезе коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД+.

    6. Участие в фиксации углерода – рибулозобисфосфат является непосредственным акцептором углекислого газа в темновой фазе фотосинтеза.

    Читайте также

  • — Биологические функции углеводов

    1. Энергетическая. Углеводы – главный вид клеточного топлива. При сгорании 1 моль глюкозы выделяется 3060 Дж энергии, которая расходуется в эндотермических биологических процессах, превращаясь в тепло и частично аккумулируясь в АТФ. 2. Пластическая – являются обязательным… [читать подробенее]

  • Углеводы — многочисленный класс органических соединений, состоящих из углерода и воды. Углеводы являются основным источником энергии в нашем организме и занимают значительное место в нашем рационе, являясь макронутриентами, наравне с белками и жирами. Что бы нормально функционировать, наш организм нуждается в углеводах.

    общей формуле CmH2nOn.

    Большинство углеводов содержится в растительных продуктах. В виде сахара, крахмала и пищевых волокон углеводы содержатся в бобовых, зерновых, овощах, фруктах, молоке, хлебобулочных изделиях и многих других продуктах. Производители продуктов питания добавляют в обработанные продукты такие очищенные углеводы как сахар и крахмал, что значительно снижает качество продукта.

    Классификация углеводов:

    Структурно углеводы подразделяются на следующие группы:

    Простые углеводы.

    Моносахариды и олигосахариды — простые углеводы. Олигосахариды: глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза. Дисахариды: сахароза (собственно, сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза, лактулоза, изомальтоза.

    К ним относят глюкозу, галактозу и фруктозу (моносахариды), а также сахарозу, лактозу и мальтозу (дисахариды).

    Глюкоза – главный поставщик энергии для мозга. Она содержится в плодах и ягодах и необходима для снабжения энергией и образования в печени гликогена.

    Фруктоза почти не требует для своего усвоения гормона инсулина, что позволяет использовать ее при сахарном диабете, но в умеренных количествах.

    Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Получается при расщеплении лактозы.

    Сахароза содержится в сахаре и сладостях. При попадании в организм расщепляется на более составляющие: глюкозу и фруктозу.

    Лактоза – углевод, содержащийся в молочных продуктах. При врожденном или приобретенном дефиците фермента лактазы в кишечнике нарушается расщепление лактозы на глюкозу и галактозу, что известно как непереносимость молочных продуктов. В кисломолочных продуктах лактозы меньше, чем в молоке, так как при сквашивании молока из лактозы образуется молочная кислота.

    Мальтоза – промежуточный продукт расщепления крахмала пищеварительными ферментами. В дальнейшем мальтоза расщепляется до глюкозы. В свободном виде она содержится в меде, солоде (отсюда второе название – солодовый сахар) и пиве.

    Сложные углеводы.

    Полисахариды — углеводы, состоящие из нескольких молекул глюкозы, соединённых вместе. Вызывают меньший скачок уровня сахара крови. К ним относятся: декстрин, целлюлоза, крахмал (это полисахарид, содержащийся в овощах, зерновых, в бобовых), гликоген (животный полисахарид) и др. Полисахариды ещё называют — сложные углеводы.

    Клетчатка — так же является группой полисахаридов. Продукты, богатые клетчаткой: овощи, фрукты, цельные зёрна, бобовые. Употребление клетчатки 25-30 гр. в сутки является необходимым условием полноценного рационального питания.

    К ним относят крахмал и гликоген (перевариваемы углеводы), а также клетчатку, пектины и гемицеллюлозу.

    Крахмал – в питании составляет до 80% всех углеводов. Его основные источники: хлеб и хлебобулочные изделия, крупы, бобовые, рис и картофель. Крахмал, относительно медленно переваривается, расщепляясь до глюкозы.

    Гликоген, его еще называют «животный крахмал», — полисахарид, который состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах ( в печени 2-10% и в мышечной ткани – 0,3-1% ).

    Клетчатка – это сложный углевод, входящий в состав оболочек растительных клеток. В организме клетчатка практически не переваривается, лишь незначительная часть может подвергнуться под влиянием находящихся в кишечнике микроорганизмов.

    Клетчатку, вместе с пектинами, лигнинами и гемицеллюлозой, называют или балластными веществами. Они улучшают работу пищеварительной системы, являясь профилактикой многих заболеваний. Пектины и гемицеллюлоза обладают гигроскопичными свойствами, что позволяет им сорбировать и увлекать с собой избыток холестерина, аммиак, желчные пигменты и другие вредные вещества. Еще одним важным достоинством пищевых волокон является их помощь в профилактике ожирения. Не обладая высокой энергетической ценностью, овощи из-за большого количества пищевых волокон способствуют раннему чувству насыщения.

    В большом количестве пищевые волокна содержится в хлебе грубого помола, отрубях, овощах и фруктах.

    У. составляют большую (часто основную) часть пищевого рациона человека.

    Биологическая роль углеводов. Роль У. в живых организмах чрезвычайно многообразна. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соединениями для биосинтеза разнообразных гликозидов, полисахаридов, а также веществ др. классов (аминокислот, жирных кислот, полифенолов и т.д.). Эти превращения осуществляются соответствующими ферментными системами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией фосфорилированные производные сахаров, главным образом нуклеозиддифосфатсахара. У. запасаются в виде крахмала в высших растениях, в виде гликогена в животных, бактериях и грибах и служат энергетическим резервом для жизнедеятельности организма (см. Брожение, Гликолиз, Окисление биологическое). В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт различных продуктов обмена веществ. Многочисленные полисахариды или более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. Жёсткая клеточная стенка у высших растений построена из целлюлозы и гемицеллюлоз, у бактерий — из пептидогликана; в построении клеточной стенки грибов и наружного скелета членистоногих принимает участие хитин. В организме животных и человека опорные функции выполняют сульфатированные мукополисахариды соединительной ткани, свойства которых позволяют обеспечить одновременно сохранение формы тела и подвижность отдельных его частей; эти полисахариды также способствуют поддержанию водного баланса и избирательной катионной проницаемости клеток. Аналогичные функции в морских многоклеточных водорослях выполняют сульфатированные галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатированные гетерополи-сахариды (бурые и зелёные водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений аналогичную функцию выполняют пектиновые вещества. Особенно важную и до конца ещё не изученную роль играют сложные У.

    Open Library — открытая библиотека учебной информации

    в образовании специфических клеточных поверхностей и мембран. Так, гликолипиды — важнейшие компоненты мембран нервных клеток, липополисахариды образуют наружную оболочку грамотрицательных бактерий. У. клеточных поверхностей часто определяют явление иммунологической специфичности, что строго доказано для групповых веществ кров и и ряда бактериальных антигенов. Имеются данные, что углеводные структуры принимают участие также в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, "узнавание" клеток при тканевой дифференциации и отторжении чужеродной ткани и т.д.

    Предыдущая392393394395396397398399400401402403404405406407Следующая

    Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 3158 | Нарушение авторского права страницы

    studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

    Оставьте комментарий