Главная » Диагностика и лечение

Углеводы выполняют функцию в клетке



Углеводы и их роль в жизнедеятельности клетки

Углеводы и их роль в жизнедеятельности клетки


1. Какие вещества, относящиеся к углеводам, вам известны?
2. Какую роль играют углеводы в живом организме?


Углеводы и их классификация.

Углеводы . или сахариды, входят в состав клеток всех живых организмов. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1—5%, а в некоторых растительных клетках может достигать до 90%.

Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды (греч. monos — один) -— бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза (рис. 8).



Рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы Б, ряда ферментов.

Дезоксирибоза входит в состав ДНК . Глюкоза (виноградный сахар) является мономером полисахаридов (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.

Олигосахариды (греч. oligos — немного) образованы двумя (тогда их называют дисахариды) или несколькими моносахаридами, связанными ковалентно друг с другом с помощью гликозидной связи, Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды: сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) (рис. 9).



Полисахариды (греч. poly — много) являются полимерами и состоят из неопределенно большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. 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 (рис. 10).



С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус.
Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с белками (гликопротеиды) и липидами (гликолипиды).
Функции углеводов. Основная функция углеводов — энергетическая. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж.

Углеводы выполняют запасающую функцию.

При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (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, или строительная, функция углеводов. Они используются в качестве строительного материала. Так, 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, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов. В качестве важного компонента наружного скелета хитин встречается у отдельных групп животных, например у членистоногих.


Углеводы выполняют защитную функцию.

Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении стволов и веток растений, например слив, вишен), препятствующие проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов, являются производными моносахаридов.

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


Углеводы. Моносахариды. Олигосахариды. Полисахариды.


1. Какие углеводы называются моно-, олиго- и полисахаридами?
2. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?
3. Почему углеводы считаются главными источниками энергии в клетке?


Обычно в клетке животных организмов содержится около 1% углеводов, в клетках печени их содержание доходит до 5%, а в растительных клетках — до 90%. Подумайте и объясните почему.

Углеводы являются производными многоатомных спиртов и состоят из углерода, водорода и кислорода. Химики определяют эти соединения как многоатомные оксиальдегиды или многоатомные оксикетоны. Название «углеводы» хотя и является устаревшим, но и по сей день широко используется, в том числе и в научной литературе. Свое название этот класс соединений получил потому, что у большинства из них соотношение водорода и кислорода в молекуле такое же, как и в воде. Общая формула углеводов Сn(Н2О)m, где n не меньше 3, Однако не все соединения, относящиеся к классу углеводов, соответствуют данной формуле.

Каменский А. А. Криксунов Е. В. Пасечник В. В. Биология 10 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта


Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроков с Биологии 10 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 10 класса


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.

http://edufuture.biz/index.php?title=%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B_%D0%B8_%D0%B8%D1%85_%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C_%D0%B2_%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D1%8F%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8_%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B8

Углеводы Строение и функции

- Крахмал - полимер. Мономеры молекулы глюкозы.

Резервный полисахарид растительных клеток

- 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

Расщепление углеводов в полости рта

Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека,при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.

Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных

Углеводы применяют в качестве:

- для производства бездымного пороха (пироксилина),

- искусственных волокон (вискоза).

- огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта (гидролизный), уксусной кислоты.



















http://mirznanii.com/a/326338/uglevody-stroenie-i-funktsii

Кроме небольших молекул, в клетке встречаются и крупные, они являются полимерами. Полимеры – это сложные молекулы, состоящие из отдельных «звеньев», соединенных друг с другом. Такие «звенья» называются мономерами.

В клетке встречается несколько видов биологических полимеров, важнейшие из них – углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Такие вещества, как крахмал, целлюлоза и хитин, являются полисахаридами – биологическими полимерами, состоящими из ковалентно соединенных звеньев – моносахаридов.

К моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза, придающие сладость фруктам и ягодам. Пищевой сахар сахароза состоит из ковалентно присоединенных друг к другу глюкозы и фруктозы. Подобные сахарозе соединения называются дисахаридами. Поли-, ди- и моносахариды называют общим термином – углеводы. К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами. В организме углеводы выполняют ряд важных функций.

При распаде и окислении углеводов выделяется энергия, которую организм использует для своих нужд. В среднем при окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 килокалории. Для многих клеток человека (например, клеток мозга и мышц) глюкоза, приносимая кровью, служит главным источником энергии.

Крахмал и очень похожее на него вещество животных клеток – гликоген – являются полимерами глюкозы, они служат для запасания ее внутри клетки.

Полисахарид целлюлоза образует клеточные стенки растительных клеток, отличающиеся твердостью и жесткостью, она – один из главных компонентов древесины. Другими компонентами являются гемицеллюлоза, также принадлежащая к полисахаридам, и лигнин (он имеет неуглеводную природу). Хитин тоже выполняет структурные функции. Хитин выполняет опорную и защитную функции.

Клеточные стенки большинства бактерий состоят из пептидогликана муреина – в состав этого соединения входят остатки как моносахаридов, так и аминокислот.

Общую формулу моносахаридов можно написать как С n2 О) n. По своей химической природе они представляют собой альдегидоспирты или кетоспирты. В живых организмах наиболее распространены сахара с 5-ю (пентозы) и с 6-ю (гексозы) атомами углерода. Нумерация углеродных атомов в моносахаридах идет начиная с углерода альдегидной группы (у альдегидоспиртов) или с концевого углерода цепочки, ближайшего к кетонной группе (у кетоспиртов).

Общая формула глюкозы – С6 Н12 О6. это альдегидоспирт. Глюкоза содержится во многих фруктах, соках растений и цветочном нектаре, а также в крови человека и животных. Содержание глюкозы в крови поддерживается на определенном уровне (0,65–1,1 г на л). Если искусственно снизить его, то клетки мозга начинают испытывать острое голодание, которое может закончиться обмороком, комой и даже смертельным исходом. Длительное повышение содержания глюкозы в крови тоже отнюдь не полезно: при этом развивается заболевание сахарный диабет.

Млекопитающие, и человек в том числе, могут синтезировать глюкозу из некоторых аминокислот и продуктов расщепления самой глюкозы – например, молочной кислоты. Они не умеют получать глюкозу из жирных кислот, в отличие от растений и микробов.

Углеводы обладают оптической изомерией (подробнее этот вид изомерии мы рассмотрим на уроке 4). D и L-изомеры глюкозы различаются расположением гидроксила и водорода у 5-го углеродного атома. В живых организмах почти все сахара содержатся только в виде D-изомеров. В водном растворе глюкоза существует в виде нескольких форм, которые легко переходят друг в друга: α-D-глюкоза, β-D-глюкоза и линейная D-глюкоза.

Молекула крахмала может содержать от нескольких сотен до десятков тысяч глюкозных остатков. Крахмал состоит из двух компонентов: амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой длинные неразветвленные полиглюкозные цепи, тогда как амилопектин сильно разветвлен – одна точка ветвления приходится на 25–30 глюкозных остатков. Молекулы крахмала связаны друг с другом водородными связями и упакованы в небольшие гранулы. При взаимодействии с йодом крахмал образует комплекс, имеющий синюю окраску; эта реакция применяется для обнаружения крахмала.

Рис. 6. Линейный участок молекулы крахмала

При комнатной температуре в эти гранулы почти не проникает вода, и суспензия крахмала в воде растворяется плохо. При нагревании до 65–70 С водородные связи между молекулами крахмала разрываются, вода проникает внутрь гранул, и крахмал резко набухает, а раствор становится вязким (так и происходит при приготовлении крахмального клейстера). Крахмал часто добавляют к подливкам и соусам, чтобы сделать их более густыми. При длительном стоянии клейстера происходит обратный процесс: гранулы теряют воду, вновь образуются водородные связи между молекулами крахмала, и происходит частичная кристаллизация этого полисахарида. Такие же процессы происходят и при черствении хлеба.

Рис. 7. Точка ветвления в молекуле крахмала

Крахмал – запасное питательное вещество у высших растений и зеленых водорослей (другие группы водорослей используют похожие, но несколько отличающиеся полисахариды). У животных эту функцию выполняет полисахарид гликоген. Он очень похож на крахмал по своему строению, но обладает еще большей разветвленностью – одна точка ветвления приходится на 8–12 глюкозных остатков.

Главные запасы гликогена в организме человека содержатся в печени и мышцах. Запасать углеводы в виде полисахаридов выгоднее, чем накачивать в клетку большое количество глюкозы. Если бы глюкоза запасалась в виде отдельных молекул, то осмотическое давление резко возросло бы, и животная клетка, лишенная жесткой оболочки, просто лопнула бы из-за сильного набухания. Есть и еще одно преимущество крахмала и гликогена: их молекулы не содержат свободных альдегидных групп, которые вредны для клетки.

Целлюлоза – самое распространенное в биосфере органическое соединение. Целлюлоза также является полисахаридом, состоящим из множества остатков глюкозы, однако в отличие от крахмала глюкоза находится в β-форме, а не в α.

Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300–2500 глюкозных остатков, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность. У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерий-симбионтов, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид.

Рис. 8. Целлюлоза

Полисахаридом является также хитин. Он содержится в наружном скелете различных членистоногих, а также в клеточных стенках грибов. Хитин состоит из остатков производного глюкозы – N -ацетилглюкозамина, которые, подобно целлюлозе, также находятся в β-форме.

Рис. 11. Строение гликокаликса

Интересными гликолипидами мембраны эритроцитов являются так называемые антигены групп крови. Врачи издавна пытались осуществлять переливание крови от человека к человеку, однако результаты этих медицинских экспериментов были обескураживающими: иногда переливание проходило вполне успешно и приносило пользу, а иногда пациент умирал прямо во время проведения процедуры. Разумеется, в те времена понятия не имели об антисептике или дезинфекции, но при неудачном переливании крови смерть наступала слишком быстро, чтобы ее можно было объяснить микробным заражением.

В самом начале ХХ века было обнаружено, что у человека существует 4 различных группы крови: 0 (первая), A (вторая), B (третья) и AB (четвертая). Оказалось, что на поверхности эритроцитов находятся особые молекулы – антигены групп крови. В сыворотке крови имеются белки-антитела, которые могут связываться с антигенами групп крови и вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов. Разумеется, в сыворотке живого человека не может быть антител к его собственным антигенам: иначе бы его эритроциты склеились, и он умер.

У людей с первой группой крови на эритроцитах нет ни антигена А, ни антигена В, (поэтому этот вариант и был обозначен 0), в плазме их крови содержатся антитела к обоим антигенам: А и В. У людей со второй группой на поверхности эритроцитов есть антиген А, а в сыворотке имеются антитела к антигену В. У людей с третьей группой на эритроцитах имеется антиген В, а в сыворотке есть антитела к антигену А. Наконец, у людей с четвертой группой на поверхности эритроцитов содержатся оба антигена – и А, и В, а в их сыворотке не содержится антител к ним.

Рис. 14. Участок молекулы муреина

Муреин содержится в клеточных стенках различных бактерий. Первый антибиотик, введенный в клиническую практику – пенициллин – ингибирует синтез муреина бактериями, что приводит к их гибели.

Пенициллин был открыт Александром Флемингом в 1928 году. Он работал с культурой бактерий – золотистыми стафилококками. Иногда в эти культуры попадали посторонние микробы из воздуха, в том числе пеницилловая плесень. Флемминг заметил, что на чашках Петри вокруг участков, куда попала эта плесень, все стафилококки погибали. Тогда он попробовал вырастить пеницилловые грибки в специальной среде и добавить эту среду из-под плесени к бактериям. Оказалось, что этот экстракт также вызывал гибель золотистых стафилококков. Тогда Флеминг сделал вывод, что пеницилловая плесень выделяет какое-то вещество, убивающее стафилококков. Выделить пенициллин и изучить его структуру удалось спустя 10 лет другим исследователям – Говарду Флори и Эрнсту Чейну.

Краткое содержание урока

Углеводы – группа соединений, включающая в себя моносахариды с общей формулой С n2 О) n и их полимеры – полисахариды. К моносахаридам относятся такие распространенные вещества как глюкоза и фруктоза, к полисахаридам – крахмал, целлюлоза и хитин. Углеводы выполняют две важнейшие функции: структурную и энергетическую.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f0c45cee-548f-5ba2-7dfa-4d02108b1f36/00148918994539870.htm





Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением