Углеводы - важнейшие жизненно необходимые вещества

Тема « Важнейшие жизненно необходимые вещества - углеводы».

План.

1. Содержание углеводов в живой материи.

2. Классификация углеводов и их свойства.

3. Биологические свойства углеводов.

1. Содержание углеводов в живой материи. /слайд 6/

Углеводы - самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержатся в клетках всех живых организмов. Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула С_n(Н₂О)_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% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами - там их содержание достигает 90% сухой массы.

2. Классификация углеводов и их свойства.

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 все они обладают приятным сладким вкусом.

Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов (в простейшем случае - глицерина). При окислении глицерина получаются два простейших моносахарида - глицериновый альдегид и диоксиацетон, которые играют важную роль в обмене веществ клетки.

Глицериновый альдегид и диоксиацетон содержат по три углеродных атома и относятся к триозам (3 С); тетрозы содержат четыре атома углерода (4 С); пентозы - пять (5 С); гексозы - шесть (6 С); и гептозы - семь (7 С).

Из тетроз в процессах жизнедеятельности, более важна эритроза. Этот сахар в растениях является одним из промежуточных продуктов фотосинтеза.

Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединениями, 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.

Из гексоз наиболее широко распространены - глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула С6Н12О6. Глюкоза - виноградный сахар. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза - первичный и главный источник энергии для клеток. Фруктоза в большом количестве встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, фруктах, сахарной свекле. Галактоза - пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы - молочного сахара, а также некоторых полисахаридов.

2. Олигосахариды (полисахариды первого порядка) составляют промежуточную группу между моносахаридами и высшими полисахаридами (полисахаридами второго порядка). Они содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза - хорошо знакомый нам тростниковый или свекловичный сахар; общая формула С₁₂Н₂₂О₁₁. Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Она чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды) и играет большую роль в питании многих животных и человека. Этот дисахарид легко растворим в воде. Главное сырье для получения сахарозы - сахарная свекла и сахарный тростник.

Лактоза - молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке (от 2 до 8,5%) и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред.

Мальтоза - солодовый сахар, состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза является основным структурным элементом крахмала и гликогена.

Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами.

3. Полисахариды второго порядка, или несахараподобные 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 альфа - глюкозы: амилозы и амилопектина. Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)n. Крахмал содержится в большом количестве, например, 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 альфа - глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30 тыс. остатков глюкоза.

Клетчатка (целлюлоза) - главный структурный компонент клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. По своей структуре это линейный полимер. Ее молекула представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных бета - глюкозой. Множество линейных молекул целлюлозы уложено параллельно и «связано в пучки» водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений.

Таким образом, 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.

3. Биологические функции углеводов.

Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, поэтому 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. 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 скелете членистоногих, гликопротеиды - соединения 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 необходимости.

4. Защитная - гепарин - ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными железами 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, участвуют в синтезе коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД+.

6. Участие в фиксации углерода - рибулозобифосфат является непосредственным акцептором углекислого газа в темновой фазе фотосинтеза.

Вопросы.

1. Что называют углеводами?

2. Приведите классификацию углеводов. Расскажите о представителях моносахаридов

3. Охарактеризуйте полисахариды.

4. В чем заключается биологическая роль углеводов?