Строение функции углеводов: Состав, свойства и функции углеводов — урок. Биология, 9 класс.

Углеводы. Строение, свойства и функции углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой C_n(H₂O)_m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

1. моносахариды или простые сахара;
2. олигосахариды — соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
3. полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C₃), тетрозы (C₄), пентозы (C₅), гексозы (C₆), гептозы (C₇).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз — обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров — простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором — гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген. Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH₃. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

Хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза — в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO₂ в темновой фазе фотосинтеза).

Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.

Читать далее

Углеводы. Строение и функции — презентация онлайн

Похожие презентации:

Сложные эфиры. Жиры

Физические, химические свойства предельных и непредельных карбоновых кислот, получение

Эндокринная система

Анатомо — физиологические особенности сердечно — сосудистой системы детей

Хронический панкреатит

Топографическая анатомия верхних конечностей

Анатомия и физиология сердца

Газовая хроматография

Мышцы головы и шеи

Хроматографические методы анализа

1. Углеводы. Строение и функции

2. Цели урока:

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

3. 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.

4. Углеводы- группа органических соединений

Общая формула:
Сn(Н2О)m
Подумайте:
1. Откуда возникло название «углеводы»?

5. Содержание углеводов в клетках

В растительных клетках: в листьях,
плодах, семенах или клубнях картофеля –
90% от массы сухого вещества;
В животных клетках – 1-2% от массы
сухого вещества.
Объясните, в чём причина данного
различия?

6. Получение углеводов

Реакция фотосинтеза
6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2
Реакция полимеризации
Гидролиз крахмала
(С6Н10О5)n + nh3O –> nС6Н12О6

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

9. Работа с учебником

Заполните таблицу:
Группы углеводов
Особенности
строения молекулы
Свойства углеводов

10. Классификация углеводов

Группы углеводов
Особенности
строения молекулы
Свойства углеводов
Моносахариды
Число атомов С
С3-триозы
С4-тетрозы
С5-пентозы
С6-гексозы
Бесцветны, хорошо растворимы
в воде, кристаллизуются, имеют
сладкий вкус.
Олигосахариды
Сложные углеводы.
Содержат от 2 до 10
моносахаридных
остатков
Хорошо растворяются в воде,
имеют сладкий вкус, который
уменьшается с увеличением
числа моносахаридных
остатков
Полисахариды
Сложные углеводы,
состоящие из большого
числа мономеровпростых сахаров и их
производных
Плохо или нерастворимы в
воде, не имеют сладкого вкуса,
не образуют ярко оформленных
кристаллов.
Классификация углеводов
Моносахариды
Олигосахариды
Глюкоза
(виноградный
сахар)
Фруктоза
Сахароза
(свекловичный
или тростниковый
сахар)
(фруктовый
сахар)
Лактоза
Рибоза
Мальтоза
Дезоксирибоза
(солодовый
сахар)
(молочный сахар)
Полисахариды
Крахмал
Целлюлоза
Гликоген

12. Моносахариды

Рибоза С5Н10О5
Дезоксирибоза С5Н10О4
Моносахариды
Глюкоза
С6Н12О6

14. Моносахариды

Фруктоза
С6Н12О6

15. Олигосахариды

Сахароза
Состав:
Глюкоза + фруктоза

16.

Олигосахариды

Мальтоза
Состав:
Глюкоза + Глюкоза
Лактоза
Состав:
Глюкоза +Галактоза

17. Полисахариды

Крахмал- полимер. Мономеры молекулы
α-глюкозы.
Полисахариды
Целлюлоза — полимер. Мономеры
молекулы β-глюкозы
Полисахариды
Гликоген
Углевод
Где встречается
Значение
Рибоза
Входит в состав РНК, АТФ,
витаминов группы В, ферментов
Дезоксирибоза
Входит в состав ДНК
Глюкоза
Входит в состав ди- и
полисахаридов. Первичный
источник энергии для клеток.
Фруктоза
Содержится в меде. Мономер
олиго- и полисахаридов.
Диабетический продукт.
Углевод
Где встречается
Значение
Сахароза
(сахар)
Входит в состав тканей растений,
получают сахар.
Лактоза
В молоке, питание детенышей
млекопитающих и грудных детей.
В микробиологии для
приготовления питательных сред.
Углевод
Где встречается
Значение
Крахмал
Углевод растений. В пищевой
промышленности.
Целлюлоза
(клетчатка)
Структурный углевод клеточной
стенки растений. Производство
бумаги, вискозного волокна.
Гликоген
Углевод животных и человека
(печень, мышцы). Источник
глюкозы.
Основной компонент панциря
членистоногих, входит в состав
клеточной стенки грибов. Хитозан
используется в медицине.
Хитин
Задание на дом!
1 вариант.
Функции углеводов
2 вариант.
Применение углеводов

24. Функции углеводов

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.

25. Применение углеводов

Вопрос
1 В каких клетках содержится
больше углеводов?
Варианты ответов
А В растительных
Б. В животных
В. Одинаковое количество в тех и других.
2
Какими свойствами обладают
полисахариды?
А. Хорошо растворимы в воде, сладкий вкус.
Б.Плохо растворимы в воде, сладкий вкус.
В. Несладкие и плохо или не способны
растворяться в воде.
3
Основные биологические
функции углеводов?
А.Защитная.
Б.Энергетическая и строительная.
В. Энергетическая и защитная
4
Если вам дано 2 вещества
крахмал и глюкоза. Как можно
их распознать?
А. По запаху
Б. По растворимости в воде.
В. По цвету
5
Какие вещества относят к
моносахаридам?
А.Целлюлоза
Б. Дезоксирибоза
Сколько энергии выделяется
при расщеплении углеводов?
В. Сахароза
А.38,9 кДж
Б. 17,8 кДЖ
6

26. Проверь свои знания

Правильные ответы:
1А
2В
3Б
4Б
5Б
6Б

English    
Русский
Правила

Структура, классификация и функции углеводов

Структура, классификация и функции углеводов

Нужно оборудование для вашей лаборатории?

Введение

Живым организмам требуются биомолекулы для нескольких биологических процессов, таких как накопление энергии и регуляция их метаболических циклов. Среди всего прочего углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и белки являются четырьмя основными биомолекулами (или макромолекулами), которые в основном участвуют в этих биологических процессах.

Функции углеводов необходимы для жизни всех организмов, от микроорганизмов до растений и человека. Они занимают центральное место в нашем питании и присутствуют в нашем ежедневном рационе в нескольких формах, в том числе в столовом сахаре, молоке, меде, фруктах, злаках и овощах, таких как картофель.

Углеводы были последней молекулой среди четырех макромолекул, которая привлекла внимание ученых для исследований и дальнейших исследований. Углубленное изучение этих молекул обогатило молекулярную химию биомолекул введением представлений об изменении их формы и конформаций в ходе биохимической реакции. Исследования углеводов способствовали лучшему пониманию биосинтетических реакций, механизмов ферментативного контроля и многих фундаментальных процессов.

В этой статье вы узнаете все об определении, классификации и функциях углеводов в различных организмах.

Что такое углеводы?

Углеводы определяются как биомолекулы, содержащие группу природных карбонильных соединений (альдегидов или кетонов) и несколько гидроксильных групп. Он состоит из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), обычно с соотношением атомов водорода и кислорода 2:1 (как в воде). Он представлен эмпирической формулой Cm(h3O)n (где m и n могут быть разными) или (Ch3O)n.

Но некоторые соединения не соответствуют этому точному стехиометрическому определению, например, уроновые кислоты. И есть другие, которые, несмотря на наличие групп, подобных углеводам, не классифицируются как один из них, например, формальдегид и уксусная кислота.

Классификация углеводов

Углеводы делятся на четыре основные группы в зависимости от степени полимеризации: моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды. Ниже приводится краткое описание структуры и функций углеводных групп.

1. Моносахариды

Моносахариды являются простейшими углеводами и не могут быть гидролизованы в другие более мелкие углеводы. «Моно» в моносахаридах означает «один», что указывает на наличие только одного сахарного звена.

Они являются строительными блоками дисахаридов и полисахаридов. По этой причине они также известны как простые сахара. Эти простые сахара представляют собой бесцветные кристаллические твердые вещества, растворимые в воде и нерастворимые в неполярных растворителях.

Общая формула, представляющая структуру моносахарида, представляет собой Cn(H ₂ O)n или CnH ₂ nOn. Дигидроксиацетон и D- и L-глицеральдегиды являются наименьшими моносахаридами – здесь n=3.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), известны как альдолазы, а моносахариды, содержащие кетоновые группы, называются кетозами (функциональная группа со структурой RC(=O)R’). Некоторыми примерами моносахаридов являются глюкоза, фруктоза, эритрулоза и рибулоза.

D-глюкоза является наиболее распространенным, широко распространенным и распространенным углеводом. Он широко известен как декстроза и представляет собой альдегид, содержащий шесть атомов углерода, называемый альдогексозой. Он присутствует как в открытой цепи, так и в циклической структуре.

Названия большинства моносахаридов заканчиваются суффиксом -ose. А в зависимости от количества атомов углерода, которое обычно колеблется от трех до семи, они могут быть известны как триозы (три атома углерода), тетрозы (четыре атома углерода), пентозы (пять атомов углерода), гексозы (шесть атомов углерода) и гептозы (семь атомов углерода). ).

Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют химическую формулу C ₆ H ₁₂ O ₆ , они различаются на структурном и химическом уровнях из-за различного расположения функциональных групп вокруг их асимметрического углерода.

Рис. Структурное представление глюкозы, фруктозы и галактозы.

Предоставлено: Lumenlearning

Структура моносахаридов

Моносахариды представлены либо в виде линейных цепей, либо в виде кольцевых молекул. В кольцевой форме гидроксильная группа глюкозы (-ОН) может иметь два различных расположения вокруг аномерного углерода (углерод-1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).

Если гидроксильная группа находится ниже атома углерода номер 1 в сахаре, говорят, что она находится в альфа-(α)-положении, а если выше плоскости, говорят, что она находится в бета-(β)-положении.

Рисунок: Структурное представление кольцевых форм глюкозы и фруктозы.

Кредит: Lumenlearning

Функции моносахаридов

• Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) является важным источником энергии для человека и растений. Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, которая, в свою очередь, используется для удовлетворения их энергетических потребностей. Они хранят избыток глюкозы в виде крахмала, который потребляют люди и травоядные.
• Присутствие галактозы в молочном сахаре (лактозе), а фруктоза во фруктах и ​​меде делает эти продукты сладкими.
• Рибоза является структурным элементом нуклеиновых кислот и некоторых коферментов.
• Манноза входит в состав мукопротеинов и гликопротеинов, необходимых для нормального функционирования организма.

2. Дисахариды

Дисахариды состоят из двух сахарных единиц. Когда они подвергаются реакции дегидратации (реакция конденсации или синтез дегидратации), они высвобождают две моносахаридные единицы.

В этом процессе гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида через ковалентную связь, высвобождая молекулу воды. Ковалентная связь, образованная между двумя молекулами сахара, известна как гликозидная связь .

Гликозидная связь или гликозидная связь 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.

Изображение: Структурная схема процесса образования гликозидной связи между двумя единицами сахара (глюкозой и фруктозой) с образованием дисахарида (сахарозы).

Предоставлено: Lumenlearning

Некоторыми примерами дисахаридов являются лактоза, мальтоза и сахароза. Сахароза является наиболее распространенным дисахаридом из всех и состоит из одной молекулы D-глюкозы и одной молекулы D-фруктозы. Систематическое название сахарозы — O-α-D-глюкопиранозил-(1→2)-D-фруктофуранозид.

Лактоза естественным образом содержится в молоке млекопитающих и состоит из одной молекулы D-галактозы и одной молекулы D-глюкозы. Систематическое название лактозы — O-β-D-галактопиранозил-(1→4)-D-глюкопираноза.

Дисахариды можно разделить на две группы в зависимости от их способности вступать в окислительно-восстановительные реакции.

• Восстанавливающий сахар:  Дисахарид, в котором восстанавливающий сахар имеет свободную полуацетальную единицу, служащую восстанавливающей альдегидной группой. Примеры включают мальтозу и целлобиозу.
• Невосстанавливающий сахар:  Дисахариды, которые не имеют свободного полуацеталя, потому что они связаны через ацетальную связь между их аномерными центрами. Примерами являются сахароза и трегалоза.

Некоторые другие примеры дисахаридов включают лактулозу, хитобиозу, коджибиозу, нигерозу, изомальтозу, софорозу, ламинарибиозу, гентиобиозу, туранозу, мальтулозу, трегалозу, палатинозу, гентиобиулозу, маннобиозу, мелибиозу, мелибиулозу, рутинозу, рутинулозу и ксилобиозу.

Список дисахаридов с их мономерными звеньями приведен ниже:

Функции дисахаридов

• Сахароза является продуктом фотосинтеза, который служит основным источником углерода и энергии в растениях.
• Лактоза является основным источником энергии у животных.
• Мальтоза является важным промежуточным звеном в переваривании крахмала и гликогена.
• Трегалоза является важным источником энергии для насекомых.
• Целлобиоза необходима для углеводного обмена.
• Gentiobiose входит в состав растительных гликозидов и некоторых полисахаридов.

3. Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой соединения, которые при гидролизе дают от 3 до 10 молекул одного и того же или разных моносахаридов. Все моносахариды соединены гликозидной связью. И в зависимости от количества присоединенных моносахаридов олигосахариды классифицируются как трисахариды, тетрасахариды, пентасахариды и так далее.

Общая формула трисахаридов Cn(H ₂ O)n-2, тетрасахаридов Cn(H ₂ O)n-3 и так далее. Олигосахариды обычно присутствуют в виде гликанов. Они связаны либо с липидами, либо с боковыми цепями аминокислот в белках N- или O-гликозидными связями, известными как гликолипиды или гликопротеины.

Гликозидные связи образуются в процессе гликозилирования, при котором углевод ковалентно присоединяется к органической молекуле, создавая такие структуры, как гликопротеины и гликолипиды.

• N-связанные олигосахариды:  Включает присоединение олигосахаридов к аспарагину через бета-связь с азотом амина боковой цепи. У эукариот этот процесс происходит на мембране эндоплазматического ретикулума. В то время как у прокариот это происходит на плазматической мембране.
• О-связанные олигосахариды:  Включает присоединение олигосахаридов к треонину или серину на гидроксильной группе боковой цепи. Это происходит в аппарате Гольджи, где моносахаридные звенья добавляются к полной полипептидной цепи.

Функции олигосахаридов

• Гликопротеины представляют собой углеводы, присоединенные к белкам, участвующим в критических функциях, таких как антигенность, растворимость и устойчивость к протеазам. Гликопротеины важны как рецепторы клеточной поверхности, молекулы клеточной адгезии, иммуноглобулины и опухолевые антигены.
• Гликолипиды представляют собой углеводы, присоединенные к липидам, которые важны для распознавания клеток и модулируют мембранные белки, действующие как рецепторы.
• Клетки продуцируют специфические белки, связывающие углеводы, известные как лектины, которые опосредуют клеточную адгезию с олигосахаридами.
• Олигосахариды являются компонентом клетчатки из растительных тканей.

4. Полисахариды

Полисахариды представляют собой цепь из более чем 10 углеводов, соединенных вместе посредством образования гликозидной связи. Они распространены повсеместно и в основном участвуют в структурных или запасающих функциях организмов. Они также известны как гликаны.

Физические и биологические свойства этих соединений зависят от компонентов и архитектуры их связывающих или реагирующих молекул и их взаимодействия с ферментативным механизмом.

Полисахариды классифицируются на основе их функций, типа моносахаридных звеньев, которые они содержат, или их происхождения.

В зависимости от типа моносахаридов, участвующих в формировании полисахаридных структур, их делят на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды.

Гомополисахариды:

Они состоят из повторяющихся звеньев только одного типа мономера. Несколько примеров гомополисахаридов включают целлюлозу, хитин, крахмалы (амилозу и амилопектин), гликоген и ксиланы. И в зависимости от их функциональной роли эти соединения классифицируются на структурные полисахариды и запасные полисахариды.

• Целлюлоза представляет собой линейный неразветвленный полимер звеньев глюкозы, соединенных бета-1-4 связями. Это одно из самых распространенных органических соединений в биосфере.

Рис. Структурное изображение целлюлозы.

Кредит: Lumenlearning

• Хитин представляет собой линейный длинноцепочечный полимер остатков/звеньев N-ацетил-D-глюкозамина (производного глюкозы), соединенных бета-1-4 гликозидными связями. Это второй по распространенности природный биополимер после целлюлозы.
• Крахмал состоит из повторяющихся звеньев D-глюкозы, соединенных между собой альфа-связями. Это один из самых распространенных полисахаридов, встречающихся в растениях, он состоит из смеси амилозы (15-20%) и амилопектина (80-85%).

Гетерополисахариды:

Они состоят из двух или более повторяющихся звеньев различных типов мономеров. Примеры включают гликозаминогликаны, агарозу и пептидогликаны. В природных системах они связаны с белками, липидами и пептидами.

• Гликозаминогликаны (ГАГ) представляют собой отрицательно заряженные неразветвленные гетерополисахариды. Они состоят из повторяющихся звеньев дисахаридов с общей структурной формулой n. Аминокислоты, такие как N-ацетилглюкозамин или N-ацетилгалактозамин, и уроновая кислота (например, глюкуроновая кислота) обычно присутствуют в структуре ГАГ.
• Список, содержащий основные GAG, приведен ниже:

• Пептидогликан представляет собой гетерополимер чередующихся звеньев N-ацетилглюкозамина (НАГ) и N-ацетилмурамовой кислоты (НАМ), связанных между собой бета-1,4-гликозидной связью.
• Агароза представляет собой полисахарид, состоящий из повторяющихся звеньев дисахарида, агаробиозы, состоящей из D-галактозы и 3,6-ангидро-L-галактопиранозы.

Рисунок: Краткая классификация полисахаридов по различным подгруппам.

Предоставлено: Brainkart

Функции полисахаридов

• Структурный полисахарид:  Они обеспечивают механическую стабильность клеток, органов и организмов. Примеры включают хитин и целлюлозу. Хитин участвует в синтезе клеточных стенок грибов, а клетчатка является важным компонентом рациона жвачных животных.
• Запасные полисахариды:  Это запасы углеводов, которые высвобождают мономеры сахара, когда это необходимо организму. Примеры включают крахмал, гликоген и инулин. Крахмал хранит энергию для растений, а у животных он катализируется ферментом амилазой (находится в слюне) для удовлетворения потребности в энергии. Гликоген является полисахаридным пищевым резервом животных, бактерий и грибов, а инулин является резервом хранения в растениях.
• Агароза обеспечивает опорную структуру клеточной стенки морских водорослей.
• Пептидогликан является важным компонентом клеточных стенок бактерий. Он обеспечивает прочность клеточной стенки и участвует в бинарном делении во время размножения бактерий.
• Пептидогликан защищает бактериальные клетки от разрыва, противодействуя осмотическому давлению цитоплазмы.
• Гиалуроновая кислота является важным компонентом стекловидного тела глаза и синовиальной жидкости (смазочной жидкости, присутствующей в суставах). Он также участвует в других процессах развития, таких как метастазирование опухоли, ангиогенез и свертывание крови.
• Гепарин действует как естественный антикоагулянт, предотвращающий свертывание крови.
• Кератансульфат присутствует в роговице, хрящах и костях. В суставах он действует как подушка для поглощения механических ударов.
• Хондроитин является важным компонентом хряща, обеспечивающим устойчивость к сжатию.
• Дерматансульфат участвует в заживлении ран, регуляции свертывания крови, инфекционных реакциях и сердечно-сосудистых заболеваниях.

Рисунок: Краткое изложение классификации и примеры углеводов.

Кредит: Microbenotes

Заключение

Углеводы являются одной из четырех основных биомолекул, необходимых для живых организмов. Организмы потребляют их в нескольких формах, и они подразделяются на четыре группы в зависимости от количества мономерных звеньев в их структуре. Они включают моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Все углеводы содержат такие молекулы, как глюкоза, фруктоза, целлюлоза, крахмал, гликопротеины и хитин, которые участвуют в нескольких функциях организма. Их функции варьируются от обеспечения клеток энергией, поддержки структурной целостности клеток и поддержки роста и развития организма.

Исследования углеводов предоставили ученым важную информацию о конформационных изменениях, молекулярной кинетике и многом другом. И у него все еще есть несколько функций, которые ждут своего открытия учеными, занимающимися изучением этих молекул.

Ссылки:

1. Шарон, Н. (1980). Углеводы. Scientific American, 243(5), 90–117. http://www.jstor.org/stable/24966460.
2. Углеводы — определение, строение, виды, примеры, функции. Получено с https://microbenotes.com/carbohydrates-structure-properties-classification-and-functions/.
3. Углеводы. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Carbohydrate.
4. БеМиллер, Дж. Н. (2019). Моносахариды. Химия углеводов для ученых-пищевиков, 1–23. doi: 10.1016/b978-0-12-812069-9.00001-7.
5. Структура и функция углеводов. Получено с https://courses.lumenlearning.com/wm-biology1/chapter/reading-types-of-carbohydrates/.
6. Классификация и функции углеводов. Получено с https://www.brainkart.com/article/Classification-and-Functions-of-Carbohydrates_27757/.
7. Кумар, Пранав и Мина, Уша. (2016). Науки о жизни, основы и практика, часть I.
8. Дисахариды. Получено с https://www.biologyonline.com/dictionary/disaccharide.
9. Олигосахариды. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Oligosaccharide.
10. М. Маниша. Типы полисахаридов (3 типа). Получено с https://www.biologydiscussion.com/carbohydrates/polysaccharides/types-of-polysaccharides-3-types/44929.
11. Целлюлоза. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Целлюлоза
12. Хитин: структура, функции и использование. Получено с https://biologywise.com/chitin-structure-function-uses

.

13. Крахмал. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Starch#Properties

.

14. Агароза. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Agarose#

Анджали Сингх

Анджали Сингх — писатель-фрилансер. Следуя своей страсти к науке и исследованиям, она получила степень магистра биологии растений и биотехнологии в Университете Хайдарабада, Индия. У нее большой опыт исследований в области наук о растениях с опытом в области молекулярных методов, культуры тканей и биохимических анализов. В свободное от работы время она любит читать художественные книги, делать наброски или писать стихи. В будущем она стремится получить докторскую степень в области биологии рака, продолжая при этом превосходно работать в качестве научного писателя.

Связанные статьи

Основы лабораторной работы

Инвертированный световой микроскоп: подробное руководство для студентов-микробиологов и лаборантов

Микроскоп является важным инструментом, который используется в большинстве лабораторий. Мы бы ничего не знали об окружающих нас микроорганизмах, если бы этот невероятный инструмент знал

1 января 2017 г.

Основы лабораторной работы

Полное руководство по дозаторам

Нужны пипетки для вашей лаборатории? Нажмите здесь Как партнер Amazon Conductscience Inc получает доход от соответствующих покупок У современного дозатора яркая история

5 декабря 2017 г.

Лабораторные методы

Методы идентификации животных

Научные исследования, доклинические исследования и фармакологические исследования используют в качестве субъектов ряд лабораторных животных. Поэтому правильная идентификация животных становится необходимостью. Методы идентификации животных, кроме

8 июня 2018 г.

Основы лабораторной работы

Световой микроскоп

Введение Световой или оптический микроскоп — это обычный лабораторный инструмент, который можно использовать для визуализации структур, размер которых меньше видимого

8 марта 2019 г.

Структура и функция углеводов

Результаты обучения

• Различать моносахариды, дисахариды и полисахариды
• Определите несколько основных функций углеводов

Большинство людей знакомы с углеводами, одним из типов макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «загружаются углеводами» перед важными соревнованиями, чтобы убедиться, что у них достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Углеводы, по сути, являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи являются естественными источниками углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, в частности, за счет глюкозы, простого сахара, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции в организме человека, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH ₂ O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, отношение углерода к водороду и кислороду составляет 1:2:1 в молекулах углеводов. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («карбо») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы делятся на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды ( моно – = «один»; сахар – = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах число атомов углерода обычно колеблется от трех до семи. Большинство названий моносахаридов заканчиваются суффиксом — ose . Если в сахаре есть альдегидная группа (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если он имеет кетоновую группу (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.

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

Химическая формула глюкозы C ₆ H ₁₂ O ₆ . Для человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания энергия высвобождается из глюкозы, и эта энергия используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения энергетических потребностей растения. Избыток глюкозы часто откладывается в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, питающимися растениями.

Галактоза и фруктоза являются другими распространенными моносахаридами — галактоза содержится в молочных сахарах, а фруктоза — во фруктовых сахарах. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за различного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 2).

Практический вопрос

Рисунок 2. Глюкоза, галактоза и фруктоза — все 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

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

Рисунок 3. Пяти- и шестиуглеродные моносахариды существуют в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, на которой оно замыкается, 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 ( di – = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). В ходе 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.

Рисунок 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.

Распространенные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 5). Лактоза – это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. В природе 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.

Рисунок 5. Распространенные дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

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

Крахмал представляет собой хранящуюся в растениях форму сахаров и состоит из смеси амилозы и амилопектина (оба полимеры глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы сверх непосредственных энергетических потребностей растений хранится в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает пищу для зародыша по мере его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Крахмал, потребляемый человеком, расщепляется ферментами, такими как слюнные амилазы, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Числа 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились, чтобы сформировать связь. Как показано на Фигуре 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 α 1,4 и α 1,6 гликозидными связями. Благодаря способу соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

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

Целлюлоза является наиболее распространенным природным биополимером. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Древесина и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, связанных β 1-4 гликозидные связи (рис. 7).

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

Как показано на Рисунке 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 растяжение, что так важно для растительных клеток. β 1-4 связь не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать растительный материал, богатый целлюлозой и использовать его в качестве источника пищи. У этих животных некоторые виды бактерий и протистов обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и выделяют фермент целлюлазу. Аппендикс пастбищных животных также содержит бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Рисунок 8. Насекомые имеют твердый внешний скелет, состоящий из хитина, разновидности полисахарида.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как показано у пчелы на Рисунке 8).

Этот экзоскелет сделан из биологической макромолекулы хитина, который представляет собой полисахарид, содержащий азот. Он состоит из повторяющихся звеньев N-ацетил-9.0533 β -d-глюкозамин, модифицированный сахар. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукария.

Резюме: Структура и функция углеводов

Углеводы представляют собой группу макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку клеток растений, грибов и всех членистоногих, включая омаров, крабы, креветки, насекомые и пауки. 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 отщеплением молекулы воды на каждую образовавшуюся связь. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются распространенными моносахаридами, тогда как распространенные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу.