Oligosacharydy - cukrowe węglowodany złożone zawierające od 2 do 10 reszt monosacharydów. W zależności od ich ilości rozróżnia się di-, tri-, tetrasacharydy itp. Disacharydy powstają przez połączenie dwóch monosacharydów z wiązaniem glikozydowym (glukoza + glukoza = maltoza, glukoza + galaktoza = laktoza, glukoza + fruktoza = sacharoza). Zwykle powstaje wiązanie glikozydowe pomiędzy 1 i 4 atomami węgla sąsiednich jednostek monosacharydowych.
Polisacharydy (skrobia i celuloza (w roślinach), glikogen (u zwierząt)). Monomerem tych polisacharydów jest glukoza. Może być liniowy, nierozgałęziony i rozgałęziony.
Wartość węglowodanów:
. źródło energii w komórce (1 g węglowodanów - 17,6 kJ (4,2 kcal) energii);
. rezerwa komórek (skrobia, glikogen);
. funkcja budowania (mureina u prokariotów; celuloza u roślin i grzybów; ryboza i deoksyryboza jako część kwasów nukleinowych);
. funkcja receptora (glikolipidy);
. funkcja ochronna (heparyna spowalnia krzepnięcie krwi).
Lipidy - substancje podobne do tłuszczu, nierozpuszczalne w wodzie. Skład chemiczny lipidów to estry wyższych kwasów tłuszczowych i gliceryny alkoholu trójwodorotlenowego. Kwasy tłuszczowe mogą być zarówno nasycone (nie zawierają podwójnych wiązań - stearynowe i palmitynowe), jak i nienasycone (mają podwójne wiązania między atomami węgla - oleinowe). W zależności od cech strukturalnych cząsteczek rozróżnia się lipidy proste (triglicerydy, woski) i złożone (fosfolipidy, glikolipidy, lipidy). Wartość lipidów:
. są częścią błon (fosfolipidy, glikolipidy, lipoproteiny);
. transport (lipoproteiny);
. receptory, mediatory (glikolipidy jako część glikokaliksu);
. źródło energii (gdy rozdziela się 1 g tłuszczu, uwalniana jest 38,9 kJ energii);
. funkcja przechowywania;
. ochrona (powłoka hydrofobowa - wosk roślinny);
. termostat i izolator ciepła, amortyzator (brązowy tłuszcz);
. regulacja aktywności komórek i organizmów (hormony - estrogen, progesteron, testosteron, kortykosteron, kortyzon, cholesterol), jako część gibereliny (substancje wzrostowe w roślinach);
. źródło wody metabolicznej.
|
|
Wykład 3. Węglowodany, lipidyWęglowodany.Węglowodany lub sacharydy - substancje organiczne, w tym węgiel, tlen, wodór. Skład chemiczny węglowodany charakteryzują się ogólnym wzorem Cm (H 2 O) n, gdzie m ≥ n. Węglowodany stanowią około 1% masy komórek zwierzęcych, aw komórkach wątroby i mięśni - do 5%. Komórki roślinne są najbogatsze w węglowodany (do 90%). Liczba atomów wodoru w cząsteczkach węglowodanów z reguły jest dwukrotnie większa od liczby atomów tlenu (to znaczy, jak w cząsteczce wody). Stąd nazwa - węglowodany. Istnieją dwie grupy węglowodanów: proste i złożone. Proste węglowodany. Proste węglowodany są nazywane monosacharydy, ponieważ nie ulegają hydrolizie podczas trawienia, w przeciwieństwie do złożonych, które rozkładają się podczas hydrolizy, tworząc monosacharydy. Ogólny wzór cukrów prostych to (CH 2 O) n, gdzie n ≥ 3. W zależności od liczby atomów węgla w cząsteczce monosacharydu występują: triozy (3C), tetrosy (4C), pentozy (5C), heksozy (6C), heptozy ( 7C). Pentosy i heksozy są najbardziej powszechne w przyrodzie. W
Rys. . Pentoza:
1 - ryboza; 2 - deoksyryboza.
Najważniejsze monosacharydy to: z pentoz - rybozy (C 5 H 10 O 5) i dezoksyrybozy (C 5 H 10 O 4), które są częścią nukleotydów DNA, RNA i ATP. Deoksyryboza różni się od rybozy tym, że gdy drugi atom węgla ma atom wodoru, a nie grupę hydroksylową taką jak ryboza. I
Rys. . Liniowa i cykliczna struktura cząsteczki glukozy.
G heksozy są najczęstszą glukozą, fruktozą i galaktozą (ogólny wzór to C6H12O6). Glukoza (cukier gronowy) - Jest podstawowym źródłem energii dla komórek. Zawarte w złożonych węglowodanach. Wymagany składnik krwi. Zmniejszenie jego liczby prowadzi do natychmiastowego zakłócenia żywotnej aktywności komórek nerwowych i mięśniowych. Będąc w komórkach, reguluje ciśnienie osmotyczne. Fruktoza w wolnej postaci znajdującej się w owocach. Szczególnie dużo w miodzie, owocach. Znacznie słodszy niż glukoza i inne cukry. Jest częścią oligo- i polisacharydów i uczestniczy w utrzymaniu turgoru komórek roślinnych. Galaktoza - także przestrzenny izomer glukozy. Wraz z glukozą tworzą najważniejszy disacharyd mleka - laktozawezwał cukier mleczny. Łatwo zamienia się w glukozę. M
Rys. . Izomery glukozy:
1 - izomer izowy; 2 - omer-izomer.
Olekule monosacharydów mogą mieć postać prostych łańcuchów lub struktur cyklicznych (rys.). Dla pentoz i heksoz najbardziej charakterystyczna jest struktura cykliczna, cząsteczki liniowe są bardzo rzadkie. Cząsteczki disacharydów i polisacharydów są również tworzone przez cykliczne formy monosacharydów. Monosacharydy mogą być reprezentowane w postaci izomerów and i (rys.). Grupa hydroksylowa przy pierwszym atomie węgla może znajdować się zarówno pod płaszczyzną cyklu (omer-izomer), a nad nią (omer-izomer), -izomery tworzą cząsteczki skrobi i glikogenu, -izomery są celulozą Właściwości monosacharydów: niska masa cząsteczkowa, słodki smak, łatwo rozpuszczalny w wodzie, skrystalizowany, należy do redukujących (regenerujących) cukrów. Złożone węglowodany. Węglowodany nazywane są kompleksami, których cząsteczki rozpadają się podczas hydrolizy, tworząc monosacharydy. Ich skład wyraża ogólny wzór Cm (H 2 O) n, gdzie m\u003e n. Złożone węglowodany są podzielone na oligosacharydy i polisacharydy.Oh
Rys. . Tworzenie disacharydu.
Ligosacharydy . Oligosacharydy nazywane są węglowodanami złożonymi zawierającymi od 2 do 10 reszt monosacharydów. W zależności od liczby reszt monosacharydowych zawartych w cząsteczkach oligosacharydów rozróżnia się disacharydy, trisacharydy, tetrasacharydy itp. Disacharydy są najbardziej powszechne w przyrodzie. Disacharydy - oligosacharydy, których cząsteczki tworzą dwie reszty monosacharydowe. Disacharydy powstają w wyniku kondensacji dwóch monosacharydów (najczęściej heksoz) (rys.). Wiązanie występujące między dwoma monosacharydami nazywa się glikozydowy. Zwykle tworzy się między 1 a 4 atomem węgla sąsiednich jednostek monosacharydowych - Wiązanie 1,4-glikozydowe. Najważniejszymi disacharydami są maltoza, laktoza, sacharoza. Maltoza (cukier słodowy) składa się z dwóch reszt -glukozy. Disacharyd jest wysoce rozpuszczalny w wodzie. Powstaje w wyniku reakcji kondensacji dwóch cząsteczek glu-glukozy lub enzymu maltaza podczas hydrolizy skrobi. Sacharoza (trzcina cukrowa, cukier buraczany) składa się z pozostałości glukozy i fruktozy. Łatwo rozpuszczalny w wodzie. Szeroko rozpowszechniony w roślinach. Węglowodany powstające w procesie fotosyntezy w postaci sacharozy wypływają z liści. Sacharoza łatwo zamienia się w skrobię i glikogen. Odgrywa ogromną rolę w żywieniu zwierząt i ludzi. Zasadniczo sacharoza jest otrzymywana z buraków cukrowych i trzciny cukrowej.
Rys. . Główne disacharydy
Laktoza (cukier mleczny) uformowane przez szczątki galaktoza i - glukoza. Słabo rozpuszczalny w wodzie. Zawarte w mleku. Jest źródłem energii dla młodych ssaków. W wolnej postaci występuje w niektórych roślinach. Stosowany w przemyśle mikrobiologicznym do przygotowywania pożywek Właściwości oligosacharydów: stosunkowo niska (kilkaset) masa cząsteczkowa, dobra rozpuszczalność w wodzie, łatwo krystalizująca, z reguły mają słodki smak, mogą być zarówno redukujące, jak i nieredukujące. PolisacharydyWysokocząsteczkowe substancje organiczne, biopolimery, których monomery są prostymi węglowodanami. Najczęstszym monomerem polisacharydów jest glukoza, czasem galaktoza i inne cukry. Z reguły w skład polisacharydów wchodzi kilkaset jednostek monomeru. F
Rys.267. Tworzenie rozgałęzionego polisacharydu.
Olisacharydy powstają w wyniku reakcji polikondensacji (rys.). Jeśli w cząsteczce polisacharydu obecne są tylko wiązania 1,4-glikozydowe, powstaje liniowy, nierozgałęziony polimer (celuloza). Jeśli obecne są wiązania 1,4 i 1,6-glikozydowe, polimer będzie rozgałęziony (glikogen), powstaje wiązanie 1,6-glikozydowe między resztami monosacharydów, które są częścią różnych łańcuchów liniowych. Najważniejszymi polisacharydami są skrobia, glikogen, celuloza, chityna, mureina. Skrobia - główny rezerwat węglowodanów roślinnych. Ogólny wzór to (C 6 H 10 O 5) n, gdzie n jest liczbą reszt cose-glukozy. Nierozpuszczalny w zimnej wodzie. W gorącej wodzie tworzy roztwór przypominający koloidalny (pasta skrobiowa). Cząsteczka skrobi o około 20% składa się z amyloza i 80% z amylopektyna. Łańcuchy liniowe amylozy składają się z kilku tysięcy reszt glukozy i są w stanie zwinąć się spiralnie, przyjmując bardziej zwartą postać. Amylopektyna jest intensywnie rozgałęziona, co zapewnia jej zwartość.
Rys. . Tworzenie cząsteczki triglicerydów.
Większość kwasów tłuszczowych zawiera parzystą liczbę atomów węgla w ogonie, od 14 do 22 (najczęściej 16 lub 18). Ponadto ogon węglowodorowy może zawierać różne ilości wiązań podwójnych. Przez obecność lub brak podwójnych wiązań w ogonie węglowodorowym rozróżnia się nasycone kwasy tłuszczowe, podwójne wiązania w węglowodorowym ogonie i nienasycone kwasy tłuszczowe mające podwójne wiązania między atomami węgla (-CH = CH-) Jeśli w triglicerydach przeważają nasycone kwasy tłuszczowe, są one stałe w temperaturze pokojowej (tłuszcze), jeśli są nienasycone - ciekłe ( oleje). Gęstość tłuszczów jest niższa niż gęstość wody, więc pływają one w wodzie i są na powierzchni. Wosk - grupa prostych lipidów, które są estrami wyższych kwasów tłuszczowych i wyższych alkoholi wysokocząsteczkowych. Znajdują się zarówno w królestwie zwierząt, jak i w królestwie warzyw, gdzie pełnią głównie funkcje ochronne. Na przykład w roślinach pokrywają liście, łodygi i owoce cienką warstwą, chroniąc je przed zwilżaniem wodą i przenikaniem mikroorganizmów. Od jakości powłoki woskowej zależy od okresu trwałości owoców. Pod osłoną wosku pszczelego miód jest przechowywany i rozwijają się larwy. Do złożonych lipidów obejmują fosfolipidy, g
Rys. 269. Cząsteczka fosfolipidów
Likolipidy, lipoproteiny, steroidy, hormony steroidowe, witaminy A, D, E, K. F
Rys. . Fosfolipidy Bisloy
formowanie membrany
Osfolipidy są estrami wieloatomowych alkoholi z wyższymi kwasami tłuszczowymi zawierającymi resztę kwasu fosforowego (ryc.). Czasami może być związane z dodatkowymi grupami (zasady azotowe, aminokwasy). Z reguły są dwie wyższe reszty tłuszczowe i jedna reszta kwasu fosforowego w cząsteczce fosfolipidu. Fosfolipidy są obecne we wszystkich komórkach istot żywych, uczestnicząc głównie w tworzeniu dwuwarstwy fosfolipidowej błon komórkowych - reszty kwasu fosforowego są hydrofilowe i są zawsze kierowane na zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnię membrany, a hydrofobowe ogony są skierowane do siebie wewnątrz błony. Glikolipidy - Są to węglowodanowe pochodne lipidów. Skład ich cząsteczek wraz z alkoholem wielowodorotlenowym i wyższymi kwasami tłuszczowymi obejmuje również węglowodany. Są one zlokalizowane głównie na zewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej, gdzie ich składniki węglowodanowe należą do innych węglowodanów na powierzchni komórki. Lipoproteiny - cząsteczki lipidów związane z białkami. Jest ich wiele w błonach, białka mogą przenikać przez błonę, znajdują się pod lub nad błoną, mogą być zanurzone w dwuwarstwie lipidowej na różnych głębokościach. Lipidy - substancje tłuszczopodobne. Obejmują one sterydy (cholesterol i jego pochodne rozpowszechnione w tkankach zwierzęcych - hormony kory nadnerczy - mineralokortykoidy, glukokortykoidy, estradiol i testosteron - odpowiednio żeńskie i męskie hormony płciowe). Lipoidy obejmują terpeny (olejki eteryczne, od których zależy zapach roślin), gibereliny (substancje roślinne), niektóre pigmenty (chlorofil, bilirubina), witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E, K). Funkcje lipidów.
| Przykłady i wyjaśnienia |
|
| Energia | Główna funkcja triglicerydów. Przy rozdzielaniu 1 g lipidów uwalniane jest 38,9 kJ |
| Strukturalne | Fosfolipidy, glikolipidy i lipoproteiny biorą udział w tworzeniu błon komórkowych. |
| Rezerwa | Tłuszcze i oleje są rezerwową substancją spożywczą u zwierząt i roślin. Jest to ważne dla zwierząt, które zapadają w zimę w zimne pory roku lub odbywają długie podróże przez obszar, na którym nie ma źródeł żywności. Oleje z nasion roślinnych są niezbędne do dostarczania energii do siewek. |
| Ochronny | Interlayery tłuszczu i kapsułek tłuszczowych zapewniają amortyzację narządów wewnętrznych. Warstwy woskowe są stosowane jako powłoka hydrofobowa u roślin i zwierząt. |
| Izolacja termiczna | Podskórna tkanka tłuszczowa zapobiega wypływowi ciepła do otaczającej przestrzeni. Ważne dla ssaków wodnych lub ssaków żyjących w zimnym klimacie. |
| Regulacyjne | Gibereliny regulują wzrost roślin. Testosteron hormonu płciowego jest odpowiedzialny za rozwój męskich wtórnych cech płciowych. Hormon płciowy estrogen jest odpowiedzialny za rozwój drugorzędnych cech płciowych u kobiet, reguluje cykl menstruacyjny. Mineralokortykoidy (aldosteron itp.) Kontrolują metabolizm wody i soli. Glukokortykoidy (kortyzol i inne) biorą udział w regulacji metabolizmu węglowodanów i białek. |
| Źródło wody metabolicznej | Podczas utleniania 1 kg tłuszczu uwalnia się 1,1 kg wody. To ważne dla mieszkańców pustyni. |
| Katalityczny | Rozpuszczalne w tłuszczach witaminy A, D, E, K są kofaktorami enzymów, tj. Same te witaminy nie mają aktywności katalitycznej, ale bez nich enzymy nie mogą spełniać swoich funkcji. |
Potrzeba opracowania materiałów żywieniowych dla uczniów jest podyktowana przygnębiającymi danymi na temat stanu zdrowia współczesnych dzieci w wieku szkolnym, brakiem kultury żywieniowej jako części zdrowego stylu życia.
Węglowodany to złożone związki organiczne, złożone z atomów węgla, tlenu i wodoru.
Istnieją proste i złożone węglowodany. Proste węglowodany nazywane są monosacharydami. Złożone węglowodany to polimery, w których monosacharydy pełnią rolę monomerów. Disacharyd jest utworzony z dwóch monosacharydów, trisacharyd jest utworzony z trzech i polisacharyd z wielu.
Wszystkie monosacharydy są substancjami bezbarwnymi, dobrze rozpuszczalnymi w wodzie. Prawie wszystkie mają przyjemny słodki smak. Najczęstszymi monosacharydami są glukoza, fruktoza, ryboza i dezoksyryboza. Słodki smak owoców i jagód, a także miodu, zależy od ich zawartości glukozy i fruktozy. Ryboza i dezoksyryboza są częścią kwasy nukleinowe i ATP.
Di- i trisacharydy, jak monosacharydy, rozpuszczają się dobrze w wodzie, mają słodki smak. Wraz ze wzrostem liczby jednostek monomeru zmniejsza się rozpuszczalność polisacharydów, zniknie słodki smak.
Spośród disacharydów ważne są buraki (lub trzcina cukrowa) i cukier mleczny, polisacharydy, skrobia (w roślinach), glikogen (u zwierząt) i błonnik (celuloza) są szeroko rozpowszechnione. Drewno to prawie czysta celuloza. Monomerami tych polisacharydów są glukoza.
Biologiczna rola węglowodanów.
Węglowodany pełnią rolę źródła energii niezbędnego komórce do wykonywania różnych form aktywności. Dla aktywności komórek - ruch, wydzielanie, biosynteza, luminescencja itp. - energia jest konieczna. Węglowodany bogate w energię, kompleksowe, ulegają głębokiemu rozszczepieniu w komórce, w wyniku czego przekształcają się w proste, ubogie w energię związki - tlenek węgla (IV) i wodę (CO 2 i H 2 O). Podczas tego procesu uwalniana jest energia. Dzieląc 1 g węglowodanów, uwalniane jest 17,6 kJ.
Oprócz energii węglowodany pełnią funkcję budynku. Na przykład ściany celulozowe składają się z komórek roślinnych.
Lipidy.
Lipidy są substancjami organicznymi nierozpuszczalnymi w wodzie, ale rozpuszczalnymi w benzynie, eterze, acetonie.
Z lipidów najbardziej powszechnymi i dobrze znanymi są tłuszcze. Zawartość tłuszczu w komórkach jest zwykle mała: 5-10% (suchej masy). Istnieją jednak komórki, w których około 90% tłuszczu. U zwierząt komórki te znajdują się pod skórą, w gruczołach mlekowych, w sieci. Tłuszcz znajduje się w mleku wszystkich ssaków. W niektórych roślinach duża ilość tłuszczu koncentruje się w nasionach i owocach, na przykład w słoneczniku, konopi, orzechu włoskim.
Oprócz tłuszczów w komórkach obecne są inne lipidy, na przykład lecytyna, cholesterol. Lipidy obejmują niektóre witaminy (A, D) i hormony (na przykład seks).
Biologiczne znaczenie lipidów jest duże i różnorodne. Przede wszystkim zauważamy ich funkcję budowania. Lipidy są hydrofobowe. Najcieńsza warstwa tych substancji jest częścią błon komórkowych. Znaczenie najczęstszych lipidów - tłuszczu - jako źródła energii jest świetne. Tłuszcze mogą być utleniane w komórce do tlenku węgla (IV) i wody. Podczas rozpadu tłuszczu uwalniane jest dwa razy więcej energii niż w przypadku rozkładu węglowodanów. Zwierzęta i rośliny przechowują tłuszcz w stadzie i spędzają go w procesie życia. Wysoka zawartość Tłuszcz w nasionach jest niezbędny do zapewnienia energii sadzonek, dopóki nie przejdzie do samodzielnego karmienia.
Należy ponadto zwrócić uwagę na wartość tłuszczu jako źródła wody. Z 1 kg tłuszczu podczas jego utleniania powstaje prawie 1,1 kg wody. To wyjaśnia, jak niektóre zwierzęta są w stanie zrobić dość długo bez wody. Wielbłądy, na przykład, przechodząc przez bezwodną pustynię, nie mogą pić przez 10-12 dni. Niedźwiedzie, świstaki i inne zimujące zwierzęta nie piją dłużej niż dwa miesiące. Woda niezbędna do aktywności życiowej tych zwierząt otrzymuje w wyniku utleniania tłuszczu. Oprócz funkcji strukturalnych i energetycznych lipidy pełnią funkcje ochronne; tłuszcz ma niską przewodność cieplną. Odkłada się pod skórą, tworząc u niektórych zwierząt znaczne nagromadzenie. Tak więc w Chinach grubość warstwy tłuszczu podskórnego sięga 1 m, co pozwala temu zwierzęciu żyć w zimnej wodzie mórz polarnych.
Lipidy. Węglowodany.
Oprócz substancji nieorganicznych i ich jonów, wszystkie struktury komórkowe składają się również ze związków organicznych - białek, lipidów, węglowodanów i kwasów nukleinowych.
Węglowodany i lipidy.
Węglowodany (cukier) są bioorganicznymi związkami węgla i wody, które są częścią wszystkich żywych organizmów: Ogólny wzór to Сn (Н2О) n.
Węglowodany rozpuszczalne w wodzie.
Monosacharydy:
glukoza jest głównym źródłem energii do oddychania komórkowego;
fruktoza jest integralną częścią nektaru kwiatów i soków owocowych;
ryboza i dezoksyryboza - elementy strukturalne nukleotydów, które są monomerami RNA i DNA;
Disacharydy :
sacharoza (glukoza + fruktoza) jest głównym produktem fotosyntezy transportowanej w roślinach;
laktoza (glukoza-H galaktoza) - część mleka ssaków;
maltoza (glukoza + glukoza) jest źródłem energii w kiełkujących nasionach.
Funkcje rozpuszczalnych węglowodanów: transport, ochrona, sygnał, energia.
Węglowodany nierozpuszczalne w wodzie:
Skrobia - mieszanina dwóch polimerów: amylozy i amylopektyny. Rozgałęziona helikalna cząsteczka, która służy jako substancja rezerwowa w tkankach roślinnych;
Celuloza (celuloza) to polimer składający się z kilku prostych równoległych łańcuchów połączonych wiązaniami wodorowymi. Ta struktura zapobiega przenikaniu wody i zapewnia stabilność błon celulozowych komórek roślinnych;
Chityna jest głównym elementem strukturalnym osłon stawonogów i ścian komórkowych grzybów;
Glikogen jest substancją rezerwową dla komórek zwierzęcych. Monomer jest a-glukozą.
Funkcje nierozpuszczalnych węglowodanów: strukturalne, magazynowe, energetyczne, ochronne.
Lipidy - Związki organiczne, z których większość to estry glicerolu i kwasów tłuszczowych.
Nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych. Obecny we wszystkich komórkach. Lipidy składają się z atomów wodoru, tlenu i węgla.
Rodzaje lipidów : tłuszcze, woski, fosfolipidy, steroidy.
Funkcje lipidowe :
Tłuszcze magazynujące są odkładane w tkance zwierząt kręgowych;
Energia - połowa energii zużywanej przez komórki kręgowców w stanie spoczynku, powstaje w wyniku utleniania tłuszczów. Tłuszcze są również wykorzystywane jako źródło wody.
Ochronny - tłuszcz podskórnynowa warstwa chroni ciało przed uszkodzeniami mechanicznymi;
Strukturalne - fosfolipidy są częścią błony komórkowej;
Izolacja cieplna - tłuszcz podskórny pomaga utrzymać ciepło;
Izolacyjna - mielina wydzielana przez komórki Schwanna, izoluje niektóre neurony, co znacznie przyspiesza transmisję impulsów nerwowych;
Kwasy odżywcze żółciowe i witamina D powstają ze steroidów;
Wosk smarujący pokrywa skórę, wełnę, pióra i chroni je przed wodą. Liście wielu roślin są pokryte powłoką woskową, wosk stosowany jest do budowy plastrów miodu;
Hormonalny hormon nadnerczowy - kortyzon - i hormony płciowe mają charakter lipidowy. Ich cząsteczki nie zawierają kwasów tłuszczowych.
