Что такое сахариды в биологии

Углеводы

теория по биологии 🌿 цитология

Углеводы – органические вещества клетки, иначе называемые «сахаридами». В животных клетках содержание сахаридов может быть от 1% до 5%, а в некоторых растительных

Классификация углеводов

Моносахариды

Название «моносахариды» происходит от др.-греч. μόνος ‘единственный’, лат. saccharum ‘сахар’. Именно из моносахаридов составляются более сложные соединения углеводов. Моносахариды имеют следующие физические свойства: бесцветные кристаллы, легко растворимы в воде, имеют сладковатый вкус.

К моносахаридам относятся жизненно важные для всех живых организмов соединения: рибоза, дезоксирибоза, галактоза,

Рибоза входит в состав

Дезоксирибоза входит в состав

Галактоза – мономер лактозы, он же молочный сахар.

Фруктоза встречается даже в свободном виде в растениях, конечно же, не только в фруктах, как можно подумать из их названия. Фруктоза входит в состав сахарозы.

Олигосахариды и дисахариды

Физические свойства: большинство имеют сладковатый вкус и хорошо растворяются в воде.

Наиболее известными и распространенными из олигосахаридов являются гетеросахариды лактоза и сахароза – тростниковый сахар, а солодовый сахар – мальтоза относится к подгруппе дисахаридов.

Полисахариды

Схема строения углеводов

Функции углеводов

Как уже было сказано выше, в крахмальных зернах запасается энергия в растительных клетках, а в виде гликогена – в животных организмах. Кроме того, самый главный источник энергии – АТФ включает в себя моносахарид рибозу.

2. Строительная функция

3. Защитная функция

Жесткие хитиновые покровы и оболочку из целлюлозы можно считать защитными механизмами организмов. Кроме того, некоторые растения выделяют при повреждении ствола смолы, которые препятствуют попаданию болезнетворных микроорганизмов в рану, предотвращая тем самым заражения. Такие смолы называются «камедь».

Задание EB10501 Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами:

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Целлюлоза и глюкоза относятся к углеводам. При слове глюкоза вспоминается сладкое, а целлюлоза — бумага. Глюкоза — простой углевод, из нее строятся более сложные, например, крахмал и так же целлюлоза.

Пройдемся по ответам:

Глюкоза — мономер, а целлюлоза — полимер. Это нужно учить.

Растворимость в воде. Сахар прекрасно растворяется в воде. Глюкоза растворима.

Растворима ли целлюлоза? Если бы это было так, до деревья и другие растения буквально бы таяли от дождя. Целлюлоза не растворяется в воде.

Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а глюкоза- клеточного сока. Если подумать о деревьях, то те, кто пили березовый сок непосредственно от березы должны узнать: это из-за глюкозы он такой сладенький.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB11693 Установите соответствие между классами органических веществ и выполняемыми ими функциями в клетке.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Для начала вспомним какие вообще есть классы органических веществ в клетке.

Это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Белки, жиры и углеводы являются источниками энергии, но у них есть и более локальные функции:

Выберем вначале то,что относится к нуклеиновым кислотам: биосинтез белка и хранение генетической информации.

PS: сигнальная и рецепторная функция — одно и то же.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Пройдемся по всем функциям. Информационная — ДНК и РНК. Есть даже информационная РНК.

Каталитическая функция присуща белкам. Все ферменты — белки, но не все белки- ферменты.

Строительная- соответствует углеводам и липидам. Вспомните про билепидный слой мембраны.

Энергетическая — однозначно да. Углеводы и липиды — источник энергии.

Запасающая — близко к энергетической, снова да.

Двигательная — функция белков.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Источник

Моносахариды

Моносахариды – это самые простые углеводы, состоящие из одного звена. Обычно это твердые сладкие вещества, хорошо растворимые в воде, хуже – в спиртах и практически не вступающие в реакцию с эфиром.

Общая характеристика

Название «моносахариды» с греческого переводится как «одиночный сахар». Эти простые углеводы состоят из одного элемента и не могут быть разбиты на более мелкие блоки. Моносахариды являют собой самую простую форму углеводов, но они могут объединяться, образовывая более сложные соединения. Например, 2 моносахарида создают дисахариды, соединение от 3 до 10 элементов – это уже олигосахариды, а 11 больше моносахаридов, связанных воедино, образуют полисахариды.

Исследователям впервые удалось получить глюкозу в 1811 году: русский ученый Константин Сигизмунд гидролизовал это вещество из крахмала, а через 33 года другой русский ученый К. Шмидт придумал углеводам их название.

В пище моносахариды представлены 3 веществами: глюкозой, фруктозой, галактозой.

В природе простейшие углеводы обычно представлены в форме глюкозы.

Все они обладают общей формулой – С₆Н₁₂О₆. И поскольку каждый из них имеет в составе 6 атомов углерода, принадлежат к гексозной группе. Меж тем, несмотря на общую молекулярную формулу, расположение атомов в каждом из этих веществ отличается. Это позволяет называть их структурными изомерами.

Классификация простых углеводов

В современной науке применяют разные классификации для определения типов моносахаридов.

Но для начала важно сказать, что существует две формы этих веществ:

Моносахариды открытой формы – это вещества, молекула которых состоит из карбонильной и нескольких гидроксильных групп. Это значит, что они могут быть альдегидоспиртами и кетоноспиртами. Отсюда и названия групп – альдозы и кетозы.

Моносахариды циклической формы могут создавать так называемые циклы, замыкаясь в кольца. Этот вид вещества более устойчив, поэтому и в природе они представлены в большем количестве.

Кроме того, моносахариды различают по длине углеродной цепи (количеству атомов углерода). Отсюда и систематизация веществ на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и так далее.

Изомеры моносахаридов

В составе практически всех моносахаридов есть асимметричные атомы углерода. Благодаря этому существуют два оптических стереоизомера – D и L. При этом глицериновый альдегид принято считать исходным веществом для всех моносахаридов. Все последующие трансформирования происходят в результате удлинения его цепей. D и L формы моносахаридов являются зеркальными отражениями друг друга. В природе чаще встречаются «представители» D-формы, а синтетические вещества преимущественно представлены в виде L-варианта. При этом важно сказать, что обе формы обладают разными свойствами.

Биохимические свойства

От функциональных групп моносахаридов зависят и их свойства. Соответственно, они могут вступать в реакции окисления и восстановления.

В результате окисления моносахаридов создаются разные классы кислот. Альдоновые кислоты – последствие окисления альдегидной группы С₁ –атома до карбоксильной группы. Альдаровые кислоты возникают после окисления альдегидной группы или первичной спиртовой С₆– атома углерода. Альдуроновая кислота создается вследствие окисления первичной спиртовой группы С₆-углерода.

Восстановление моносахаридов под воздействием ферментов или других веществ сопровождается образованием полиспиртов, например, сорбитола или рибитола. Последний, кстати, является компонентом витамина В2.

Функции простых сахаров

Моносахариды в первую очередь являются источниками энергии. Большинство из них, как и другие углеводы, в 1 грамме вещества содержат примерно 4 килокалории.

Мозгу же для адекватного функционирования требуется не меньше 160 г этого сладкого вещества.

Моносахариды не принадлежат к числу незаменимых для организма питательных веществ, однако каждый из представителей «вида» важен для человека своими уникальными функциями. Глюкоза, к примеру, это основное топливо для клеток организма. Фруктоза участвует в метаболических процессах. А галактозу обнаружили в эритроцитах у лиц с третьей группой крови. Моносахарид рибоза является частью дезоксирибонуклеиновой кислоты в хромосомах.

Моносахариды и сахар в крови

Моносахариды, как и большинство других питательных веществ, всасываются организмом на уровне тонкой кишки. Они могут быть поглощены без предварительной ферментации и расщепления. Более того, все остальные, более сложные углеводы организм «проглатывает» в форме моновеществ. Глюкозу и галактозу человек усваивает легче и быстрее, чем другие углеводы, а для поглощения фруктозы организму требуется больше времени и сил, при этом она всасывается не полностью. После потребления глюкоза и галактоза быстро попадают в кровь и резко повышают уровень сахара, поскольку обладают высоким гликемическим индексом. В это же время фруктоза, благодаря низкому гликемическому показателю, повышает сахар в крови медленнее и мягче.

В роли питательных веществ

Моносахариды в качестве питательных веществ используются в натуральной и полуискусственной формах.

Но все они играют роль основной «подкормки» для мозга, клетки которого без достаточного количества сахаров не смогли бы правильно работать.

В природе натуральные моносахариды – это:

Все они являются гексозами, то есть состоят из 6 атомов углерода.

Полуискусственные моносахара

Гексозы (содержат 6 атомов углерода):

Пентозы (содержат 5 атомов углерода):

Тетрозы (содержат 4 атома углерода):

Примеры продуктов, содержащих моносахариды:

Характеристика пищевых моносахаров

Глюкоза

Название этого моносахарида с древнегреческого обозначает «сладкий», а в химии глюкоза известна также под названием «виноградный сахар». Содержится в виноградном соке, фруктах, а также есть в крови. Это вещество с формулой С₆Н₁₂О₆ представляет собой сладкие белые кристаллы, которые довольно легко растворяются в воде.

Этот вид моносахара считается наиболее важным в природе. Глюкоза – составляющий элемент дисахаридов и полисахаридов. В природных условиях образуется в результате фотосинтеза. Также производится из полисахаридов, таких как целлюлоза и крахмал, в результате гидролиза и ферментирования. В процессе ферментирования глюкозы образовываются диоксид углерода и этиловый спирт. И эта способность характерна для всех углеводов, так как в результате позволяет крови транспортировать сахара ко всем клеткам организма. В человеческом организме играет роль поставщика энергии. Является важнейшим веществом для работы мышц.

Фруктоза

Свое второе название – «плодовый, или фруктовый сахар» – фруктоза получила из-за того, что содержится преимущественно в ягодах и фруктах. А вот химики называют это вещество левулозой. Является компонентом сахарозы и лактулозы. И хоть во многих плодах фруктоза содержится в паре с глюкозой, но плодовый сахар является более сладким веществом. Также он входит в состав меда. И что интересно, это единственный вид сахаров, содержащийся в сперме человека и быка.

Главное отличие фруктозы от глюкозы – в неустойчивости к щелочным и кислым растворам. Активно применяется для производства мороженого, как вещество, предотвращающее песчанистость. Употребляемая в больших количествах, вызывает расстройство пищеварения. А также увеличивает концентрацию липидов в крови, что, как полагают, является фактором риска развития кардиологических болезней.

Галактоза

Как правило, она, не встречается в природе, но гидролизуется из лактозы, которая содержится в молоке. Хотя галактоза не так активно растворяется в воде и является менее сладким веществом, чем глюкоза, она имеет ряд других преимуществ. В частности, образует гликолипиды и гликопротеины, которые содержатся во многих тканях.

Моносахарид галактоза представлен сразу в двух формах: циклической и ациклической. Содержится в тканях растений, а также является элементом некоторых полисахаридов, в том числе и бактериальных. Посему нередко становится участником процессов брожения и трансформации в так называемые лактозные дрожжи. В человеческом организме представлена в составе лактозы (молочный сахар) и некоторых других веществ. В результате химических реакций легко трансформируется в глюкозу, что помогает более легкому усваиванию углерода. Также при определенных обстоятельствах способна переходить в галактуроновую или аскорбиновую кислоту. В женском организме галактоза может воспроизводиться из глюкозы, чтобы дальше трансформироваться в лактозу, содержащуюся в молочных железах.

Наличие галактозы обнаружено в молоке, помидорах и многих других овощах и фруктах. В пищевой промышленности галактоза активно используется в качестве активного ингредиента энергетических напитков.

Галактоза обладает разными уникальными свойствами. В частности, она способствует более быстрой потери и затем удержанию веса, служит профилактическим средством против диабета у взрослых. Также является стабильным источником энергии для спортсменов и работающих физически.

Учитывая уникальные возможности галактозы, исследователи все чаще называют ее «сахаром новой эпохи», хотя и признаются, что многое о свойствах этого вещества пока не знают.

Потребность в моносахаридах

Обычно более всего в достаточном потреблении моносахаридов нуждаются люди работающие тяжело физически или умственно, а также спортсмены. Дети, в период интенсивного роста, люди с психическими нарушениями, депрессиями, болезнями пищеварительного тракта, слишком малым весом и во время интоксикации также нуждаются в «сладеньком».

А вот кому стоит более тщательно считать калории и потребление углеводов в сутки, так это лицам с ожирением разных стадий, гипертоникам, пожилым, а также ведущим малоподвижную жизнь.

Кроме того, моносахариды необходимы людям с дефицитом кальция и витамина С, так как эти углеводы помогают усвоению названных полезных веществ.

Понять, что организм испытывает нехватку моносахаридов можно по сниженному сахару в крови, резкому похудению, депрессивных состояниях, а также непокидающему чувству голода. Наоборот, сигналом к уменьшению сладких порций служат дистрофия печени, признаки гипертонии и кислотно-щелочной дисбаланс. Также не стоит злоупотреблять сахарами людям с непереносимостью молочного.

Моносахариды – важная часть нашего ежедневного питания. Они необходимы человеку для пополнения жизненных сил, хорошего настроения и правильной работы мозга. Так позаботьтесь о том, чтобы эти вещества присутствовали в вашем рационе.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Источник

Биология. 11 класс

§ 5. Углеводы

Углеводы — органические соединения, состав которых, как правило, можно выразить формулой C_n(H₂O)_m, где n и m равны трем и более. Таким образом, соотношение атомов водорода и кислорода в молекулах большинства углеводов такое же, как и в воде (2 : 1), что и отражено в названии этих веществ. Однако известны углеводы, состав которых не соответствует приведенной формуле.

*Термин «углеводы» ввел российский химик К. Г. Шмидт в середине XIX в., когда считалось, что все эти вещества имеют общую формулу C_n(H₂O)_m. Например, состав глюкозы (С₆Н₁₂О₆) можно записать в виде С₆(Н₂О)₆, сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) — в виде С₁₂(Н₂О)₁₁ и т. д. Впоследствии выяснилось, что в молекулах некоторых соединений, принадлежащих по своим свойствам к углеводам, пропорция атомов водорода и кислорода не такая, как в молекуле воды. Более того, существуют углеводы, в состав которых входят атомы азота, фосфора или серы. В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры выдвинула предложение заменить название «углеводы» на «глициды». Однако к тому времени термин «углеводы» уже стал общеупотребимым и новое название не прижилось.*

Основные группы углеводов. Самыми простыми по структуре углеводами являются моносахариды. Все они представляют собой низкомолекулярные соединения, которые хорошо растворяются в воде и обладают сладким вкусом. Количество атомов углерода в молекулах моносахаридов варьирует от 3 до 9. Наиболее распространены в природе пятиуглеродные моносахариды (С 5) — пентозы и шестиуглеродные (С 6) — гексозы. *Из курса химии вы знаете, что в растворе молекулы моносахаридов обычно существуют не в линейной форме, а в циклической. При замыкании в цикл образуются как α-, так и β-формы моносахаридов (вспомните, чем они отличаются).*

Из пентоз самое важное биологическое значение имеют дезоксирибоза и рибоза (рис. 5.1). Дезоксирибоза входит в состав нуклеотидов ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Рибоза является компонентом нуклеотидов РНК (рибонуклеиновой кислоты) и АТФ. *Кроме того, она входит в состав витамина B₂ и ряда коферментов (например, НАД, НАДФ, ФАД, кофермента А), играющих ключевую роль в процессах клеточного дыхания, брожения, фотосинтеза и др.*

*К пятиуглеродным сахарам относится также рибулоза. Производные этого моносахарида участвуют в важных биохимических процессах. Так, рибулозо-5-фосфат является одним из промежуточных продуктов биологического окисления глюкозы. Рибулозо-1,5-дифосфат (РДФ) служит акцептором углекислого газа в процессе фотосинтеза, что лежит в основе фиксации углерода, необходимого для синтеза органических соединений автотрофными организмами.*

Для живых организмов наиболее важными гексозами являются глюкоза, галактоза и фруктоза (см. рис. 5.1). Они имеют общую формулу С₆Н₁₂О₆, но различаются структурой молекул, т. е. являются изомерами.

Глюкоза — основной продукт фотосинтеза и главный источник энергии для клеток. В живых организмах она содержится как в виде собственно моносахарида, так и в составе углеводов более сложного строения — олигосахаридов и полисахаридов. Много глюкозы присутствует в ягодах, фруктах, мёде. В крови человека ее содержание в норме составляет около 0,1 %, этот уровень поддерживается гормонами (вспомните, какими).

* Олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 остатков моносахаридов (одинаковых или разных). Связи между остатками моносахаридов называются гликозидными. Соединение двух моносахаридов чаще всего происходит при участии их гидроксильных групп. При этом выделяется молекула воды, и между остатками моносахаридов формируется кислородный мостик. В некоторых случаях образование гликозидной связи происходит с участием других функциональных групп. При этом молекулы могут соединяться, например, через атомы азота или серы.

Мальтоза (солодовый сахар) является промежуточным продуктом ферментативного расщепления крахмала и гликогена в пищеварительной системе животных. Далее фермент мальтаза расщепляет ее до глюкозы. Гидролиз крахмала происходит и при прорастании семян растений. Особенно богаты мальтозой прорастающие зерна злаков (солод). Лактоза (молочный сахар) — важный компонент молока. Она является главным источником энергии для детенышей млекопитающих. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях. Она служит транспортной формой продуктов фотосинтеза и может накапливаться как запасное питательное вещество. Этот дисахарид в больших количествах содержится в побегах сахарного тростника и корнеплодах сахарной свеклы.

Полисахариды — *регулярные* биополимеры, молекулы которых состоят из большого количества (до десятков и даже сотен тысяч) моносахаридных остатков. В состав полисахарида могут входить остатки одного или разных моносахаридов. Полисахариды различаются не только составом, но и длиной полимерных цепей. Кроме того, их молекулы могут иметь линейную или разветвленную структуру.

С увеличением числа мономерных звеньев уменьшается растворимость углеводов и исчезает их сладкий вкус. Поэтому полисахариды не обладают сладким вкусом и практически нерастворимы в воде. В живой природе наиболее важную роль играют такие полисахариды как крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал представляет собой смесь полисахаридов. Примерно на 80 % (по массе) он состоит из разветвленного амилопектина и на 20 % из амилозы, имеющей линейную структуру (рис 5.3). Оба этих полисахарида образованы остатками α-глюкозы. Крахмал откладывается в клетках растений и некоторых водорослей в качестве запасного (резервного) питательного вещества. Большое количество крахмала запасается в клубнях, плодах и семенах. Зерна злаков (риса, пшеницы, кукурузы и др.) могут содержать до 80 % крахмала, в клубнях картофеля его массовая доля достигает 25 %.

Резервным полисахаридом животных и грибов является гликоген. У животных он откладывается преимущественно в клетках печени и мышцах. Гликоген, так же как амилоза и амилопектин, состоит из остатков α-глюкозы. Однако молекулы гликогена разветвлены сильнее, чем молекулы амилопектина (см. рис. 5.3).

Целлюлоза (клетчатка) — основной структурный компонент клеточных стенок растений и ряда водорослей. Она обладает высокой прочностью, не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях. Много клетчатки содержится в древесине, а в волокнах хлопчатника ее массовая доля достигает 95 %. Целлюлоза представляет собой линейный полимер (см. рис. 5.3). *В отличие от крахмала и гликогена ее цепи построены из остатков β-глюкозы.*

В толстом кишечнике человека также присутствуют симбиотические микроорганизмы, способные расщеплять клетчатку. Однако для человека целлюлоза не является основным поставщиком глюкозы, ее роль в другом. Волокна клетчатки имеют важное значение в нашем рационе, поскольку они придают пище объем и сравнительно грубую консистенцию, что стимулирует перистальтику органов желудочно-кишечного тракта.*

Таким образом, амилопектин, амилоза, гликоген и целлюлоза являются полимерами глюкозы. Общую формулу этих полисахаридов можно записать в виде (С₆Н₁₀О₅)_n, где n — количество мономерных звеньев.

*Полисахарид хитин не соответствует этой формуле, т. к. его мономером является не глюкоза, а ее производное — N-ацетилглюкозамин (рис. 5.4). Следовательно, в состав хитина, кроме углерода, водорода и кислорода, входит также азот.* Это прочный полисахарид линейной структуры. Хитин является важным компонентом кутикулы членистоногих и клеточных стенок многих грибов.

*Важную роль в жизни растений играет полисахарид каллоза, которая откладывается на поперечных перегородках между ситовидными трубками. К концу вегетационного периода ее количество увеличивается, в результате чего ситовидные трубки закупориваются и перестают функционировать. Также каллоза синтезируется в различных органах растений в ответ на механическое повреждение или проникновение патогенных микроорганизмов.

Полисахарид инулин примечателен тем, что является полимером фруктозы. Он откладывается про запас в корнях и клубнях некоторых растений (например, георгина, цикория, топинамбура, одуванчика, нарцисса), где его содержание может достигать 12 %.*

*Молекулы полисахаридов могут приобретать определенную пространственную конфигурацию. Так, цепочки амилозы закручиваются в спирали, каждый виток которых содержит по шесть остатков глюкозы. Молекулы амилопектина также приобретают спиральную форму, но не на всем своем протяжении, а лишь на неразветвленных участках. В точках ветвления образованию спирали препятствуют боковые цепи. По этой причине спиральная конфигурация не характерна для такого сильно разветвленного полисахарида, как гликоген.

Спирали амилозы и амилопектина имеют внутреннюю полость, в которую могут проникать молекулы воды и других веществ. Молекулы йода по своим размерам очень точно соответствуют этим полостям. Проникая в них, йод образует с амилозой и амилопектином соединения сложного строения, имеющие характерную окраску (синюю — с амилозой, фиолетовую — с амилопектином). На этом основана качественная реакция на крахмал.

В молекулах, образованных остатками α-моносахаридов, наблюдается свободное вращение вокруг гликозидных связей. В цепочках целлюлозы, образованных β-глюкозой, вращение вокруг гликозидных связей ограничено. Это создает благоприятные условия для формирования множества водородных связей между молекулами целлюлозы. В результате они располагаются параллельно друг другу и объединяются в прочные фибриллы — волокна, составляющие каркас клеточной стенки растений.

Сходная конфигурация характерна и для хитина. Его параллельные цепи также соединяются межмолекулярными водородными связями, что приводит к формированию фибрилл.*

Углеводы способны образовывать соединения с другими органическими веществами, например с белками — гликопротеины, с липидами — гликолипиды и т. д.

*Основу клеточной стенки большинства бактерий составляет пептидогликан муреин. Линейные цепи муреина состоят из чередующихся остатков двух производных глюкозы — N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных гликозидными связями. При этом параллельно расположенные полисахаридные цепи сшиваются друг с другом короткими пептидными мостиками между остатками N-ацетилмурамовой кислоты (рис. 5.5). Благодаря поперечным сшивкам молекула муреина представляет собой трехмерную сеть, своего рода мешок, окружающий бактериальную клетку.*

*Действие ряда антибактериальных средств основано на разрушении структуры муреина или подавлении его синтеза. Например, лизоцим расщепляет гликозидные связи между остатками N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, что в итоге вызывает гибель бактерий.*

Источник