Дашков Максим Леонидович, репетитор по биологии в Минске. Запасающий углевод растений

основные функции в клетке простых и сложных: в чем заключается строительная, защитная и энергетическая роль

Для поддержания нормальной жизнедеятельности человеку необходимо употреблять белки, жиры и углеводы. И ни один элемент нельзя взять и перестать принимать. Недостаток каждого из них может привести к тяжелым последствиям или даже к смерти.

...

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Что такое углеводы

Углеводы

Так называют органические вещества, состоящие из молекул сахара. Эти соединения получили свое название из-за своего состава – углерод и вода, которые соединяются между собой. По-другому их называют сахаридами. В зависимости от количества молекул сахара их делят на моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Клетки какого организма наиболее богаты ими? Наиболее богаты углеводами растения: содержание сахаров – до 80%, а у животных их не более 3%.

Сахариды играют важную роль. Главными их предназначениями являются:

• энергетическая;
• строительная;
• рецепторная;
• защитная;
• запасающая;
• регуляторная;
• метаболическая.

Следовательно, видна их важность в целом, без них невозможно представить существование животных и растений. А какова роль углеводов в клетке? В чем заключаются их главные миссии – строительная и энергетическая? Рассмотрим подробнее.

Строительная

Строительная, или структурная, – это основная функция углеводов, которая заключается в том, что это строительный материал для клеток. Какие углеводы выполняют в клетке строительную миссию? В ней участвуют целлюлоза, хитин, рибоза и дезоксирибоза.

Так, например, у грибов и членистоногих строительную функцию выполняет хитин, а целлюлоза (полисахарид) – у растений. Таким образом придается прочность клетке. У растительной содержание целлюлозы достигает 40%, поэтому они хорошо держат форму. Структурная функция мальтозы – обеспечение образования новых клеток прорастающих семян.

Углеводы, роль в клетке

Рибоза и дезоксирибоза участвуют в построении таких молекул, как РНК, ДНК, АТФ и другие. Образование новых молекул происходит постоянно, а с разрушением старых освобождается свободная энергия. При построении мембраны цитоплазмы также проявляется рецепторная функция углеводов, а именно передаются сигналы из внешнего мира.

Таким образом, строительная функция углеводов имеет большое значение для всех процессов, как и энергетическая.

Энергетическая функция

Это основная роль таких органических соединений, и только они дают больше всего энергии. Так, при распаде 1 грамма освобождается 4,1 ккал (38,9 кДж) и 0,4 грамма воды. Такой энергии не может дать ни один другой элемент клетки, поэтому они обеспечивают весь организм нужным ее количеством. Именно они поддерживают тонус, придают жизненные силы и энергию, а главное – позволяют организмам существовать.

Энергетическую миссию выполняют мальтоза, сахароза, фруктоза и глюкоза. Они служат источниками клеточного дыхания, энергией для прорастания семян, фотосинтеза и других важных биологических процессов.

Важно! Шоколадки, конфеты и другие сладости, помимо выделения гормона радости, также содержат огромное количество сахаридов, поэтому и являются отличным источником энергии и заряда бодрости. Это и есть главная функция простых углеводов в клетке.

Такая энергия позволяет человеку активно заниматься спортом, умственной деятельностью, а также участвуют во многих жизненно важных системах:

• газообменная;
• выделительная;
• кровеносная;
• строительная и другие.

Поэтому без энергетической подпитки человек не сможет нормально существовать.

Защитная

Защитная функция очень важна. Практически в каждом органе существуют железы, которые выделяют некий секрет. А он, в свою очередь, большей частью состоит из сахаров. Этот секрет защищает внутренние органы, например выделительные или органы ЖКТ, от внешних факторов – микробов, химических или механических.

Углеводы

Защиту обеспечивают, по большей части, моносахариды – гепарин, хитин, камедь и слизь. А значит, это главная роль моносахаридов. Так, например, простой моносахарид хитин – оболочка панциря членистоногих и грибов. А гепарин выполняет миссию антикоагулянта. Также у растений существуют свои защитные механизмы – шипы и колючки, которые состоят из целлюлозы. Камедь и слизь возникает при травмах оболочки растений, для образования защитного слоя в местах травм.

Запасающая

Запасающая роль напрямую связана с энергетической ролью сахаров. Ведь энергия, которая поступает в организм, тратится не полностью, часть ее откладывается. Во время «аварийных ситуаций» она освобождается, например, во время голода или заболевания, для борьбы с вирусом.

Для этого предназначены следующие соединения:

• крахмал (инулин) – содержится в растениях;
• целлюлоза – также в растительных организмах;
• лактоза – в молоке млекопитающих животных;
• гликоген (животный жир) – в организме животных и людей.

Верблюжий жир служит не только запасом нужной энергии, но и может расщепляться в воду.

Таким образом, полисахариды помогают поддерживать нормальную жизнедеятельность.

Регуляторная

Под ней подразумевают способность сахаридов регулировать количество некоторых веществ в организме. Так, например, глюкоза, которая содержится в крови, регулирует гомеостаз и осмотическое давление. А клетчатка, которая плохо усваивается человеческим организмом, имеет грубую структуру, благодаря чему раздражает рецепторы желудка и быстрее продвигается в нем.

Метаболическая

Проявляется в способности моносахаридов синтезироваться в важные элементы для поддержания жизнедеятельности – полисахариды, нуклеотиды, аминокислоты и другие. Все это жизненно важно, поэтому углеводосодержащие продукты должны быть в рационе всегда.

Продукты с большим количеством сахаридов

Стоит помнить, что у растений сахариды синтезируются при фотосинтезе, но у животных они никак не появляются сами по себе. Получить нужную их дозу можно только с помощью еды.

Углеводы

Самое большое количество сахаридов содержится в рафинаде и меде. Сахар и рафинад целиком углеводны, а мед содержит глюкозу и фруктозу – до 80% от общей массы.

Большое содержание их в продуктах растений. Наибольшее количество во фруктах, ягодах, овощах, корнеплодах. Большой процент содержания в макаронах, сладостях, в мучных изделиях и продуктах брожения (пиве).

Важно! В продуктах животного происхождения углеводов очень мало. Например, лактоза – молочный сахар, содержится в молоке млекопитающих животных.

Важно помнить, что сахариды, особенно быстрые, являются источниками ожирения человеческого организма. Поэтому употреблять их нужно в очень ограниченном количестве, так, например, сладкое и хлебобулочные изделия, лучше убрать из рациона или свести к минимуму.

Роль углеводов в жизни клетки

Углеводы — их функции, значение, где содержатся

Выводы

Углеводные соединения играют важную роль, без них живое просто перестанет существовать. Растения синтезируют их при фотосинтезе, с помощью хлорофиллов. А вот человек и животные их не синтезируют, именно поэтому нужно потреблять суточную норму из пищи. Наибольшее их количество содержится во фруктах, ягодах, хлебе, сладостях. А чистым сахаридом является сахар.

uchim.guru

Углеводы в живых организмах

Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1-5%, а в некоторых клетках растений достигает 70%. Выделяют три группы углеводов: моносахариды (или простые сахара), олигосахариды (состоят из 2-10 молекул простых сахаров), полисахариды (состоят более чем из 10 молекул сахаров).

Моносахариды

Это кетонные или альдегидные производные многоатомных спиртов. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза) и гептозы. В зависимости от функциональной группы сахара подразделяют на альдозы, имеющие в составе альдегидную группу (глюкоза, рибоза, дезоксирибоза), и кетозы, имеющие в составе кетонную группу (фруктоза). Моносахариды — бесцветные, твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, имеющие, как правило, сладкий вкус. Они могут существовать в ациклических и циклических формах, которые легко превращаются друг в друга. Олиго- и полисахариды образуются из циклических форм моносахаридов.

Олигосахариды

В природе в большей степени они представлены дисахаридами, состоящими из двух моносахаридов, связанных друг с другом с помощью гликозидной связи. Наиболее часто встречаются 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.

Полисахариды

В полисахаридах простые сахара (глюкоза, галактоза и др.) соединены между собой гликозидными связями. Если присутствуют только 1-4 гликозидные связи, то образуется линейный, неразветвленный полимер (целлюлоза), если присутствуют и 1-4, и 1-6 связи, полимер будет разветвленным (крахмал, гликоген). Полисахариды утрачивают сладкий вкус и способность растворяться в воде.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из молекул β-глюкозы, соединенных 1-4 связями. Она выступает главным компонентом клеточной стенки растений. Целлюлоза не растворима в воде и обладает большой прочностью. У жвачных животных целлюлозу расщепляют ферменты бактерий, постоянно обитающих в специальном отделе желудка. Крахмал и гликоген — основные формы запаса глюкозы у растений и животных соответственно. Остатки α-глюкозы в них связаны 1-4 и 1-6 гликозидными связями. Хитин образует у членистоногих наружный скелет (панцирь), у грибов придает прочность клеточной стенке.

Соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеины.

В организме углеводы выполняют разные функции.

• Энергетическая функция. При окислении простых сахаров (в первую очередь глюкозы) организм получает основную часть необходимой ему энергии. При полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии.
• Запасающая функция. Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, грибов и бактерий) играют роль источника глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости.
• Строительная (структурная) функция. Целлюлоза (у растений) и хитин (у грибов) придают прочность клеточным стенкам. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Рибоза также входит в состав АТФ, ФАД, НАД, НАДФ.
• Рецепторная функция. Узнавания клетками друг друга обеспечивается гликопротеинами, входящими в состав клеточных мембран. Утрата способности узнавать друг друга характерна для клеток злокачественных опухолей.
• Защитная функция. Хитин образует покровы (наружный скелет) тела членистоногих.

jbio.ru

Функции углеводов. Функция углеводов в клетке :: SYL.ru

Для полноценной работы и поддержания жизнедеятельности человеческому организму необходимы белки, жиры и углеводы. Причем их состав должен быть сбалансированным. Углеводы являются важным источником энергии, они необходимы для стабильной работы всех систем организма. Однако функции углеводов не ограничиваются только обеспечением энергии.

Углеводы и их классификация

Углеводами принято считать органические вещества, которые состоят из углерода, водорода и кислорода. Иначе их еще называют сахаридами. Они получили широкое распространение в природе: так, растительные клетки на 70-80% состоят из углеводов в пересчете на сухое вещество, животные – всего на 2%. Функции углеводов в организме предполагают, что они играют важную роль в энергетическом балансе. В большей степени они откладываются в печени в виде гликогена и при необходимости расходуются.

В зависимости от величины молекулы углеводы делят на 3 группы:

• Моносахара – состоят из 1 молекулы углевода (еще их называют кетозами или альдозами). Кстати, всем известные глюкоза и фруктоза являются моносахарами.
• Олигосахара – состоят из 2-10 молекул или моносахаров. Это лактоза, сахароза и мальтоза.
• Полисахара – содержат в своем составе более 10 молекул. К полисахарам относят крахмал, гиалуроновую кислоту и другие.

Чтобы лучше понять значение этих веществ для организма, необходимо выяснить, какие функции углеводов есть.

Энергетическая функция

Углеводы – это один из важных источников энергии для организма. Энергия выделяется при окислении под влиянием ферментов. Так, при расщеплении 1 грамма углеводов образуется 17,6 кДж энергии. В результате окисления и освобождения энергии образуется также вода и углекислый газ. Такой процесс играет большую роль в энергетической цепочке живых организмов, поскольку углеводы могут расщепляться с выделением энергии как в присутствии кислорода, так и без него. А это очень важно при дефиците кислорода. Источниками служат гликоген и крахмал.

Строительная функция

Структурная или строительная функция углеводов в клетке состоит в том, что они являются строительным материалом. Клеточные стенки растений состоят из целлюлозы на 20-40%, а она, как известно, придает высокую прочность. Вот почему клетки растений хорошо поддерживают свою форму и защищают таким образом внутриклеточные соки.

Хитин также является строительным материалом и является главным компонентом оболочек грибов и внешнего скелета членистоногих. Некоторые олигосахара присутствуют в составе цитоплазмы клеток животных и образуют гликокаликс. Углеводсодержащие компоненты играют роль рецептора и принимают сигналы из окружающей среды, затем передают информацию клеткам.

Защитная функция

Слизь (вязкий секрет), которая образуется разными железами, содержит большое количество углеводов и его производных. В комплексе они защищают дыхательные пути, половые органы, органы пищеварения и другие от воздействий окружающей среды (химических, механических факторов, проникновения патогенных микроорганизмов). Гепарин предотвращает свертывание крови и входит в состав противосвертывающей системы. Таким образом, защитные функции углеводов просто необходимы живому организму.

Запасающая функция

Полисахариды являются запасным питательным веществом любого организма, они играют роль главного поставщика энергии. Поэтому запасающая и энергетическая функции углеводов в организме тесно взаимодействуют.

Регуляторная функция

Продукты, которыми питается человек, содержат много клетчатки. Благодаря грубой структуре она раздражает слизистую ткань желудка и кишечника, при этом обеспечивая перистальтику (продвижение пищевого комка). В крови содержится глюкоза. Она регулирует осмотическое давление в крови и поддерживает стабильность гомеостаза.

Все перечисленные функции углеводов играют важную роль в жизнедеятельности организма, без которых просто невозможна жизнь.

В каких продуктах больше углеводов

Самыми известными считаются глюкоза и фруктоза. Рекордное количество содержится в натуральном меде. По сути, мед – это совместный продукт растительного и животного мира.

В продуктах животного происхождения меньше углеводов. Самым ярким представителем является лактоза, больше известная как молочный сахар. Она содержится в молоке и молочных продуктах. Лактоза необходима при заселении кишечника полезными бактериями, а они, в свою очередь, предотвращают опасные для здоровья процессы брожения в кишечнике.

Человек основную массу углеводов получает с пищей растительного происхождения. Например, много глюкозы в вишне, винограде, малине, персиках, тыкве, сливе и яблоках. Источником фруктозы служат все вышеперечисленные ягоды и фрукты, а также смородина. Сахарозу мы получаем из свеклы, земляники, моркови, слив, дыни и арбуза. Плоды и овощи также богаты полисахаридами, особенно много их в оболочке. Источником мальтозы являются кондитерские лакомства и хлебобулочные изделия, а также крупы, мука и пиво. А рафинад, к которому мы все так привыкли, представляет собой сахарозу почти в 100% виде. Это результат жесткой очистки. Углеводы выполняют функции, обеспечивающие нормальную работу всех органов, поэтому важно употреблять достаточное количество овощей и фруктов, чтобы не нарушить естественный баланс.

Мнение диетологов

Такие свойства полисахаридов, как медленное расщепление крахмала, плохая усвояемость грубых волокон и наличие пектина привлекают внимание диетологов. Большинство из них рекомендует включать в рацион до 80% полисахаридов. Если уж хочется булочек и выпечки – то только из муки грубого помола, ягоды следует употреблять в свежем виде. Ну а кондитерские изделия лучше позволять себе только по праздникам, поскольку в них содержится большое количество «быстрых» углеводов, которые могут привести к резкому увеличению массы тела. Иными словами, пирожные и торты – это верный путь к лишним килограммам. Все, что не потратилось, организм откладывает в печени в виде гликогена. Избыток углеводов в организме может вызвать серьезное заболевание – сахарный диабет. Поэтому диетологи советуют употреблять все в меру: и сладкое, и мучное. Только так удастся сохранить баланс, функция углеводов в клетке и в организме в целом не нарушится. Если не забывать об этом, питание всегда будет правильным и сбалансированным.

Таким образом, функции углеводов играют важную роль в жизни организма, главное - научиться понимать «язык» своего тела и стремиться к здоровому образу жизни.

www.syl.ru

Функции углеводов в организме | motivehere.com

Углеводы, как и другие макронутриенты (жиры и белки), не ограничиваются выполнением какой-то одной функции в организме человека. Помимо того, что обеспечение энергией основная функциональная роль углеводов, они так же необходимы для нормальной деятельности сердца, печени, мышц и центральной нервной системы. Являются важной составляющей в регуляции обмена белков и жиров.

Основные биологические функции углеводов, для чего они необходимы в организме

1. Энергетическая функция.Главная функция углеводов в организме человека. Являются основным энергетическим источником для всех видов работ, происходящих в клетках. При расщеплении углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50 – 60 % суточного энергопотребления организма и все энергетические расходы мозга (мозг поглощает около 70% глюкозы, выделяемой печенью). При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. В качестве основного энергетического источника в организме используется свободная глюкоза или запасенные углеводы в виде гликогена.
2. Пластическая (строительная) функция.Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АДФ, АТФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются структурными компонентами клеточных мембран. Продукты превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин и др.) входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой и других тканей.
3. Запасающая функция.Углеводы запасаются (накапливаются) в скелетных мышцах (до 2%), печени и других тканях в виде гликогена. При полноценном питании в печени может накапливаться до 10% гликогена, а при неблагоприятных условиях его содержание может снижаться до 0,2% массы печени.
4. Защитная функция.Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.
5. Регуляторная функция.Входят в состав мембранных рецепторов гликопротеидов. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100—110 мг/% глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови. Клетчатка из пищи не расщепляется (переваривается) в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

Далее приведены основные группы и виды углеводов.

Группы углеводов

• Простые (быстрые) углеводыРазличают два вида сахаров: моносахариды и дисахариды. Моносахариды содержат одну сахарную группу, как, например, глюкоза, фруктоза или галактоза. Дисахариды образованы остатками двух моносахаридов и представлены, в частности, сахарозой (обычный столовый сахар) и лактозой. Быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом.
• Сложные (медленные) углеводыПолисахариды представляют собой углеводы, содержащие три и более молекул простых углеводов. К данному виду углеводов относятся, в частности, декстрины, крахмалы, гликогены и целлюлозы. Источниками полисахаридов являются крупы, бобовые, картофель и другие овощи. Постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс.
• Неусваиваемые (волокнистые)Клетчатка (пищевые волокна), не обеспечивают организм энергией, но играет огромную роль в его жизнедеятельности. Содержится главным образом в растительных продуктах с низким или очень низким содержанием сахара. Следует заметить, что клетчатка замедляет усвоение углеводов, белков и жиров (может быть полезным при похудении). Является источником питания для полезных бактерий кишечника (микробиом)

Виды углеводов

Моносахариды

• ГлюкозаМоносахарид, бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, содержится практически в каждой углеводной цепочке.
• ФруктозаФруктовый сахар в свободном виде присутствует почти во всех сладких ягодах и плодах, самый сладкий из сахаров.
• ГалактозаНе встречается в свободной форме; в связанном с глюкозой виде он образует лактозу, молочный сахар.

Дисахариды

• СахарозаДисахарид, состоящий из комбинации фруктозы и глюкозы, имеет высокую растворимость. Попадая в кишечник, распадается на данные компоненты, которые затем всасываются в кровь.
• ЛактозаМолочный сахар, углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах.
• МальтозаСолодовый сахар, легко усваивается организмом человека. Образуется в результате объединения двух молекул глюкозы. Мальтоза возникает в результате расщепления крахмалов в процессе пищеварения.

Полисахариды

• КрахмалПорошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Крахмал является наиболее распространенным углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания.
• КлетчаткаСложные углеводы, представляющие собой жесткие растительные структуры. Составная часть растительной пищи, которая не переваривается в организме человека, но играет огромную роль в его жизнедеятельности и пищеварении.
• МальтодекстринПорошок белого или кремового цвета, со сладковатым вкусом, хорошо растворим в воде. Представляет собой промежуточный продукт ферментного расщепления растительного крахмала, в результате чего молекулы крахмала делятся на фрагменты – декстрины.
• ГликогенПолисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод, нигде кроме организма не встречается. Гликоген, образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы в организме человека.

Основные углеводные источники для организма

Главными источниками углеводов из пищи являются: фрукты, ягоды и другие плоды, из приготовленных – хлеб, макароны, крупы, сладости. Картофель содержит углеводы в виде крахмала и пищевых волокон. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.

1. Carbohydrates

motivehere.com

Минеральные вещества клетки. Органические вещества. Углеводы

Химические вещества, входящие в состав организма, подразделяют на макро — и микроэлементы.

К макроэлементам относятся: кислород, углерод, водород, азот, фосфор, калий, сера, железо, магний, натрий и кальций.

К микроэлементам: бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод и бром.

Большая часть минеральных веществ клетки представлена в виде солей, диссоциированных на ионы, либо находится в твёрдом состоянии.

Ион — это частица, в которой общее число протонов не эквивалентно общему числу электронов.

Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд и называется катионом.

Ион, в котором общее число протонов меньше общего числа электронов, имеет отрицательный заряд и называется анионом.

Неорганические ионы, имеющие немаловажное значение для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки, представлены катионами и анионами минеральных солей.

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: газах, жидкостях, кристаллах и плазме.

Недостаток или отсутствие ионов некоторых металлов приводит к нарушению жизнедеятельности клеток. Например, ионы некоторых металлов (Мg, Са, Zе, Сu, Мn, Мо, Вr, Со) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов, или активируют их.

Ион железа, например, входит в состав молекулы гемоглобина крови, а ион Мg в состав молекулы хлорофилла — пигмента, окрашивающего хлоропласты растений в зелёный цвет.

Кристаллические включения содержатся в цитоплазме практически любой клетки. Эти включения состоят, как правило, из слаборастворимых солей кальция и фосфора.

Кристаллические включения используются для образования опорных структур клетки, например, минерального скелета радиолярий, одноклеточных планктонных организмов, обитающих преимущественно в тёплых океанических водах.

Соли кальция входят в состав костной ткани, раковин моллюсков и хитина — основного экзоскелета членистоногих и ряда других беспозвоночных.

Органические вещества

Органические вещества — это класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).

Основные классы органических соединений биологического происхождения — это белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Они, помимо углерода, содержат преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор.

Углеводы, или сахариды, — это органические соединения, входящие в состав клеток всех живых организмов. Являются основными источниками энергии.

В природе углеводы образуются из углекислого газа при фотосинтезе. В процессе, идущем в зелёных растениях под действием солнечного света.

Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды.

Углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахаридами, две единицы — дисахаридами, от двух до десяти единиц — олигосахаридами, а более десяти — полисахаридами.

Моносахариды — это бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

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

Рибоза — это моносахарид из группы пентоз. Представлен бесцветными кристаллами, легко растворимыми в воде и имеющими сладкий вкус.

Рибоза является компонентом РНК и используется при генетической транскрипции.

Также входит в состав АТФ, имеющей большое значение в обмене энергии и веществ в организмах, витаминов группы Б и ряда ферментов.

Дезоксирибоза — это моносахарид, входящий в состав ДНК.

Молекула дезоксирибозы очень схожа с молекулой рибозы. Отличие составляет лишь отсутствие одного из атомов кислорода, отсюда и название этого углевода.

Глюкоза — виноградный сахар, органическое соединение класса моносахаридов. Самый распространённый углевод, содержится в свободном состоянии в различных органах растений и животных.

Глюкоза является мономером полисахаридов (крахмала, гликогена, целлюлозы).

Основными (но не единственными) её источниками являются продукты питания, богатые углеводами.

Глюкоза образуется при распаде углеводных соединений. Она всасывается тонким кишечником.

Для человеческого организма крайне важно, чтобы количество «сахара» поддерживалось на постоянном нормальном уровне, так как он поставляет энергию для клеток. Снижение количества глюкозы в крови влечёт за собой нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда сопровождаемое судорогами или обморочным состоянием.

У здорового человека нормальный уровень сахара в крови натощак равен от 3,2 до 5,5 ммоль/л (мегамоль на литр). После употребления еды допускается уровень глюкозы в крови до 7,8 ммоль.

Фруктоза (плодовый, или фруктовый, сахар) — это моносахарид сладкого вкуса (слаще сахарозы в 1,5 раза).

Фруктоза широко распространена в природе. В большом количестве в свободном виде встречается в плодах, поэтому её часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в мёде и сахарной свёкле.

Путь распада фруктозы в организме короче, чем у глюкозы, что имеет важное значение при питании больного сахарным диабетом, когда глюкоза очень слабо усваивается клетками.

Олигосахариды — это углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды:

сахароза (тростниковый сахар),

мальтоза (солодовый сахар),

лактоза (молочный сахар).

Сахароза, в быту называется просто «сахар», — это дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов — α—глюкозы и β—фруктозы.

Сахароза встречается во многих фруктах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.

Сахароза, попадая в кишечник, быстро распадается на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь.

Мальтоза — это солодовый сахар, природный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Содержится мальтоза в проросших зёрнах ячменя, ржи и других зерновых; обнаружена также в томатах, в пыльце и нектаре ряда растений.

Лактоза (или молочный сахар) — углевод группы дисахаридов, состоящий из остатков молекул галактозы и глюкозы. Лактоза содержится в молоке и молочных продуктах.

Интересный факт

Несмотря на употребление лактозы в лечебных целях, у некоторых людей она не усваивается и вызывает нарушения в работе пищеварительной системы (различные расстройства желудочно-кишечного тракта) после употребления молочных продуктов. У этих людей отсутствует или производится в недостаточном количестве фермент лактаза. Который расщепляет молекулу лактозы.

Непереносимость молочного сахара довольно распространена. Так, в Финляндии и Швейцарии непереносимость лактозы встречается примерно у 16 % взрослых лиц.

В Англии — около 30 %, во Франции приблизительно у 42 %, а в странах Юго-Восточной Азии и у афроамериканцев в США — почти у 100 % (процентов).

Также непереносимость лактозы часто встречается среди коренного населения Африки, Америки и ряда стран Азии.

Непереносимость лактозы связана с отсутствием в этих регионах традиционного молочного животноводства. То есть в генотипе попросту нет гена, который кодировал бы белок (фермент лактазу), расщепляющий лактозу.

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

К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза и др.

Они играют важную роль в живых организмах, построены из мономеров глюкозы, но связи в их молекулах различны.

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

Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с белками (или гликопротеинами) и липидами (или гликолипидами). Такие углеводы образуют структуру клеточных мембран.

Углеводы — достаточно обширный класс органических соединений. Среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Что позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах.

Функции углеводов

Энергетическая функция. Считается основной функцией углеводов. При ферментативном расщеплении и окислении их молекул выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

Запасающая функция углеводов.

Растения запасают углеводы в виде крахмала, а животные и грибы — в виде гликогена.

Углеводы используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе и других функциях, требующих больших затрат энергии.

Структурная, или строительная, функция углеводов. Также считается важной функцией для организма.

Так как углеводы используются в качестве строительного материала. Например, целлюлоза состоит из большого числа линейно расположенных мономеров — остатков глюкозы. Благодаря особому строению она нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

Она входит в состав клеточных стенок, где представлена микрофибриллами. Которые образуют каркас, состоящий из гемицеллюлоз, пектинов и гликопротеидов.

Эластичный целлюлозный скелет придаёт клеточной оболочке механическую прочность.

В клеточной стенке молодой растительной клетке число микрофибрилл, образованных молекулами целлюлозы, невелико, но с возрастом оно увеличивается и клетка теряет способность к растяжению.

Волокна хлопка — это почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Хитин — это природное соединение из группы азотсодержащих полисахаридов. Выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая жёсткость клеток.

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

Защитная функция углеводов.

Углеводы могут препятствовать проникновению в трещины растений болезнетворных микроорганизмов. Например, камедь — высокомолекулярный углевод — выделяется растениями при механических повреждениях коры или заболеваниях.

videouroki.net

Каковы функции углеводов в клетке?

Для нормального функционирования человеческому организму необходимы фундаментальные вещества, из которых и строятся все структурные части клетки, ткани и вообще весь организм. Это такие соединения, как:

• белки;
• липиды;
• углеводы;
• нуклеиновые кислоты.

  

Все они очень важны. Нельзя выделить среди них более или менее значимые, ведь недостаток любого ведет организм к неминуемой гибели. Рассмотрим, что представляют собой такие соединения, как углеводы, и какую роль играют они в клетке.

Общее понятие об углеводах

С точки зрения химии углеводами называются сложные кислородсодержащие органические соединения, состав которых выражается общей формулой Cn(h3O)m. При этом индексы должны быть либо равны, либо больше четырех.

Общее содержание углеводов в клетках живых организмов неодинаково. Так, растительные содержат их около 80%, тогда как животные - всего 2-3%. Сами по себе данные молекулы не зря получили такое название. Ведь оно как раз и отражает их атомарный состав: атомы углерода и молекулы воды, соединенные определенным образом.

Функции углеводов в клетке схожи для растений, животных и человека. Какие они, рассмотрим ниже. Кроме того, сами по себе данные соединения очень различны. Существует целая классификация, которая объединяет их все в одну группу и делит при этом на разные ветви в зависимости от строения и состава.

Химическое строение и свойства

Каково же строение молекул этого класса? Ведь именно это и будет определять, каковы функции углеводов в клетке, какую роль они будут играть в ней. С химической точки зрения все рассматриваемые вещества - это альдегидоспирты. В состав их молекулы входит альдегидная группировка -СОН, а также спиртовые функциональные группы -ОН.

Существует несколько вариантов формул, с помощью которых можно изобразить строение углевода.

1. Молекулярная - отражает качественный и количественный состав соединения, но не показывает связи между атомами и не говорит о строении и свойствах.
2. Структурная. Полная или сокращенная, отражает порядок соединения атомов в молекуле, поэтому по ней можно спрогнозировать свойства.
3. Проекционные формулы Фишера. Сочетание горизонтальных и вертикальных линий, пересечение которых совпадает с количеством стереоцентральных атомов углерода. При этом атом альдегидной группы показывается отдельно.
4. Формулы Хеуорса. Используются для написания циклической структуры сахаров, как простых, так и сложных.

   

Глядя на последние две формулы, можно спрогнозировать функции углеводов в клетке. Ведь станут понятны их свойства, а отсюда и роль.

Химические свойства, которые проявляют сахара, объясняются наличием двух разных функциональных групп. Так, например, как и спирты многоатомные, углеводы способны давать качественную реакцию со свежеосажденным гидроксидом меди (II), а как альдегиды, окисляются до глюконовой кислоты в результате реакции серебряного зеркала.

Классификация углеводов

Так как рассматриваемых молекул большое разнообразие, то химиками была создана единая классификация, которая объединяет все схожие соединения в определенные группы. Так, выделяют следующие типы сахаров.

1. Простые, или моносахариды. Содержат одну субъединицу в составе. Среди них выделяют пентозы, гексозы, гептозы и прочие. Самые важные и распространенные - рибоза, галактоза, глюкоза и фруктоза.
2. Сложные. Состоят из нескольких субъединиц. Дисахариды - из двух, олигосахариды - от 2 до 10, полисахариды - больше 10. Самые важные среди них: сахароза, мальтоза, лактоза, крахмал, целлюлоза, гликоген и прочие.

Функции углеводов в клетке и организме очень важны, поэтому значение имеют все перечисленные варианты молекул. Для каждой из них отводится своя роль. Какие же это функции, рассмотрим ниже.

Функции углеводов в клетке

Их несколько. Однако существуют те, которые можно назвать основными, определяющими, и есть второстепенные. Чтобы лучше разобраться в данном вопросе, следует все их перечислить более структурировано и понятно. Так мы выясним функции углеводов в клетке. Таблица, приведенная ниже, нам в этом поможет.

Очевидно, что переоценить значение рассматриваемых веществ сложно, так как именно они лежат в основе многих жизненно важных процессов. Рассмотрим некоторые функции углеводов в клетке более подробно.

Энергетическая функция

Одна из самых важных. Никакие продукты питания, потребляемые человеком, не способны дать ему такое количество килокалорий, как углеводы. Ведь именно 1 грамм данных веществ расщепляется с высвобождением 4,1 ккал (38,9 кДж) и 0,4 грамма воды. Такой выход способен обеспечить энергией работу всего организма.

Поэтому с уверенностью можно сказать, что углеводы в клетке выполняют функции поставщиков или источников силы, энергии, возможности к существованию, к осуществлению любого вида деятельности.

Давно замечено, что именно сладости, которые являются углеводами по большей части, способны быстро восстановить силы и придать энергии. Это касается не только физических тренировок, нагрузок, но и мыслительной деятельности. Ведь чем больше человек думает, решает, размышляет, учит и прочее, тем больше биохимических процессов происходит в его головном мозге. А для их осуществления нужна энергия. Где ее взять? Ответ простой: углеводы, вернее, продукты, которые их содержат, дадут ее.

Энергетическая функция, которую выполняют рассматриваемые соединения, позволяет не только двигаться и думать. Энергия нужна и на многие другие процессы:

• построения структурных частей клетки;
• газообмена;
• пластического обмена;
• выделения;
• кровообращения и проч.

Все жизненно важные процессы требуют источника энергии для своего существования. Это и обеспечивают для живых существ углеводы.

Пластическая

Другое название данной функции - строительная, или структурная. Оно говорит само за себя. Углеводы принимают активное участие в построении важных макромолекул в организме, таких как:

• ДНК.
• РНК.
• АТФ.
• АДФ и прочие.

Именно благодаря рассматриваемым нами соединениям происходит формирование гликолипидов - одних из важнейших молекул клеточных мембран. Кроме того, из целлюлозы, то есть полисахарида, построена клеточная стенка растений. Она же - основная часть древесины.

Если же говорить о животных, то у членистоногих (ракообразных, пауков, клещей), протистов в состав клеточной мембраны входит хитин - полисахарид. Этот же компонент встречается в клетках грибов.

Таким образом, углеводы в клетке выполняют функции строительного материала и позволяют формироваться многим новым структурам и распадаться старым с высвобождением энергии.

Запасающая

Данная функция очень важна. Не вся энергия, поступающая в организм с пищей, тратится сразу. Часть остается заключенной в молекулах углеводов и откладывается в виде запасных питательных веществ.

У растений это крахмал, или инулин, в клеточной стенке - целлюлоза. У человека и животных - гликоген, или животный жир. Это происходит для того, чтобы всегда был запас энергии на случай голодания организма. Так, например, верблюды запасают жир не только для получения энергии при его расщеплении, а, по большей части, для высвобождения необходимого количества воды.

Защитная функция

Наряду с описанными выше, функции углеводов в клетке живых организмов еще и защитные. В этом легко убедиться, если проанализировать качественный состав смолы и камеди, образующейся в месте ранения структуры дерева. По своей химической природе это моносахариды и их производные.

Такая вязкая жидкость не позволяет посторонним патогенным организмам проникать внутрь дерева и вредить ему. Так получается, что осуществляется выполнение защитной функции углеводов.

Также примером данной функции могут служить такие образования у растений, как шипы, колючки. Это - мертвые клетки, которые состоят преимущественно из целлюлозы. Они защищают растение от поедания животными.

Основная функция углеводов в клетке

Из тех функций, что мы перечислили, безусловно, можно выделить самую главную. Ведь все же задача каждого продукта, содержащего рассматриваемые вещества, - усвоиться, расщепиться и дать организму необходимую для жизни энергию.

Поэтому основная функция углеводов в клетке - энергетическая. Без достаточного количества жизненных сил не сможет нормально протекать ни один процесс, как внутренний, так и наружный (движение, мимика лица и прочее). А больше, чем углеводы, ни одно вещество не может дать энергетический выход. Поэтому мы и обозначаем данную роль как самую важную и значимую.

Продукты, содержащие углеводы

Еще раз обобщим. Функции углеводов в клетке следующие:

• энергетическая;
• структурная;
• запасающая;
• защитная;
• рецепторная;
• теплоизоляционная;
• каталитическая и прочие.

Какие же продукты необходимо употреблять, чтобы организм получал достаточное количество этих веществ каждый день? Небольшой список, в котором собраны только наиболее богатые углеводами продукты, поможет нам в этом разобраться.

1. Растения, клубни которых богаты крахмалом (картофель, топинамбур и другие).
2. Крупы (рис, перловка, гречка, пшено, овес, пшеница и прочие).
3. Хлеб и все хлебобулочные изделия.
4. Тростниковый или свекловичный сахар - это дисахарид в чистом виде.
5. Макароны и все их разновидности.
6. Мед - на 80% состоит из рацемической смеси глюкозы и фруктозы.
7. Сладости - любые кондитерские изделия, которые сладки на вкус, являются источниками углеводов.

Однако злоупотреблять перечисленными продуктами также не стоит, ведь это может привести к излишнему отложению гликогена и, как следствие, ожирению, а также сахарному диабету.

fb.ru

§5. Углеводы

1. Какие вещества являются моносахаридами? Олигосахаридами? Полисахаридами?

Моносахаридами являются: г) глюкоза, д) рибоза, з) фруктоза.

Олигосахаридами являются: а) лактоза, в) мальтоза, и) сахароза.

Полисахаридами являются: б) гликоген, е) хитин, ж) целлюлоза.

2. Какие биологические функции выполняют моносахариды? Дисахариды? Приведите примеры.

Важнейшими биологическими функциями моносахаридов являются энергетическая и метаболическая. Например, глюкоза является основным источником энергии для клеток (энергетическая функция) и исходным субстратом для синтеза целлюлозы, крахмала или гликогена (метаболическая функция). Дезоксирибоза необходима для синтеза нуклеотидов ДНК, рибоза – для синтеза нуклеотидов РНК, витамина В2 и некоторых других веществ (метаболическая функция).

Такие дисахариды как сахароза, мальтоза и лактоза, выполняют запасающую функцию. При необходимости они расщепляются до моносахаридов, которые могут служить источниками энергии. Достоинством дисахаридов как резервных веществ является хорошая растворимость в воде, благодаря чему они могут быстро транспортироваться по организму (в отличие от резервных полисахаридов).

3. Чем обусловлено разнообразие олигосахаридов и полисахаридов?

Разнообразие олигосахараидов и полисахаридов обусловлено разнообразием моносахаридов, входящих в их состав, разными способами их соединения (различными вариантами химических связей между остатками моносахаридов), а также количеством мономеров. Вследствие этого олиго- и полисахариды различаются составом (могут быть построены из остатков одного моносахарида или разных), структурой (например, могут быть линейными или разветвлёнными) и молекулярной массой.

4. Как меняется вкус углеводов и их растворимость в воде с увеличением молекулярной массы?

Моносахариды и большинство олигосахаридов имеют сладкий вкус и хорошо растворяются в воде. Полисахариды не имеют сладкого вкуса и практически нерастворимы в воде. Следовательно, с увеличением молекулярной массы исчезает сладкий вкус углеводов, снижается их растворимость в воде.

5. Почему промороженный картофель вскоре после оттаивания приобретает сладковатый вкус?

В результате промораживания клетки картофеля погибают. При оттаивании начинается процесс гидролиза крахмала до глюкозы, которая и придаёт сладковатый вкус.

6. Сравните по различным признакам крахмал, целлюлозу и гликоген. В чём проявляется их сходство? В чём заключаются различия?

Сходство:

● Являются углеводами, относятся к классу полисахаридов.

● Молекулы построены из остатков глюкозы.

● Не имеют сладкого вкуса, практически нерастворимы в воде (могут образовывать лишь коллоидные растворы, но не истинные).

Различия:

● Целлюлоза имеет линейную структуру. Крахмал представляет собой смесь полисахаридов – разветвлённого амилопектина и линейной амилозы. Гликоген имеет разветвлённую структуру и его цепи ветвятся сильнее, чем цепи амилопектина.

● Крахмал и гликоген выполняют запасающую функцию, а целлюлоза – структурную.

● Гликоген синтезируется у животных и грибов, а крахмал и целлюлоза – у растений.

● У растений крахмал откладывается в клетках в виде сравнительно крупных зёрен, целлюлоза входит в состав клеточных оболочек. У животных гликоген откладывается в клетках в виде крошечных гранул.

...и (или) другие существенные признаки.

7. Почему глюкоза в организме животных и человека хранится в форме гликогена, а не в виде собственно глюкозы, хотя синтез гликогена требует дополнительных затрат энергии?

В отличие от глюкозы гликоген, как и другие полисахариды, практически нерастворим в воде. Следовательно, он хранится в клетках в твёрдом, компактном состоянии (не занимает "лишний" объём) и не влияет на процессы осмоса (не повышает осмотическое давление внутриклеточного содержимого).

Кроме того, в сравнении с моносахаридами полисахариды химически более инертны (не обладают столь высокой реакционной способностью как, например, глюкоза), а значит, гликоген не оказывает существенного химического воздействия на процессы обмена веществ в клетках.

8*. Крахмал в клетках растений и гликоген в клетках животных выполняют одну и ту же функцию — запасающую. Основной компонент крахмала — разветвлённый полисахарид амилопектин. Гликоген подобен амилопектину, однако имеет меньшую молекулярную массу и более разветвлённую структуру. Каково биологическое значение указанных особенностей гликогена?

Запасающая функция крахмала и гликогена состоит в том, что эти полисахариды являются поставщиками молекул глюкозы в те периоды, когда клетки живого организма остро нуждаются в энергии.

Отщепление остатков глюкозы происходит по концевым участкам полисахаридов. Следовательно, чем сильнее разветвлён полисахарид, тем больше остатков глюкозы может отщепиться от него за единицу времени. Аналогично обстоит дело с молекулярной массой. Например, пять молекул полисахарида, содержащих по 1000 остатков глюкозы, имеют больше концевых участков, чем одна молекула, в состав которой входит 5000 остатков глюкозы.

Животные ведут подвижный образ жизни и в большинстве случаев им требуется более экстренная энергетическая подпитка, чем растениям. Поэтому им выгодно откладывать про запас не крахмал, а гликоген – сильно разветвлённый полисахарид с небольшой молекулярной массой.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

dashkov.by

Смотрите также

• 
  Лекарственные растения тесты
• 
  Растения в израиле
• 
  Выращивание аквариумные растения
• 
  Запасающий углевод растений
• 
  Растения в израиле
• 
  Драцена фото растения
• 
  Выращивание аквариумные растения
• 
  Растения в испании
• 
  Драцена фото растения
• 
  Бобовые растения кормовые
• 
  Растения в испании