Wykład 3. Węglowodany, lipidyWęglowodanyWęglowodany lub sacharydy - substancje organiczne, w tym węgiel, tlen, wodór. Skład chemiczny węglowodany charakteryzują się ogólnym wzorem C m (H20) n, gdzie m ≥ n. Węglowodany stanowią około 1% masy komórek zwierzęcych i do 5% w komórkach wątroby i mięśni. Komórki roślinne są najbogatsze w węglowodany (do 90%). Liczba atomów wodoru w cząsteczkach węglowodanów z reguły jest dwa razy większa niż liczba atomów tlenu (tj. Jak w cząsteczce wody). Stąd nazwa - węglowodany. Istnieją dwie grupy węglowodanów: proste i złożone. Proste węglowodany.Proste węglowodany są nazywane monosacharydy, ponieważ nie hydrolizują podczas trawienia, w przeciwieństwie do złożonych, które rozkładają się podczas hydrolizy z wytworzeniem monosacharydów. Ogólna formuła cukrów prostych to (CH 2 O) n, gdzie n ≥ 3. W zależności od liczby atomów węgla w cząsteczce monosacharydu wyróżniają się: triozy (3C), tetoza (4C), pentoza (5C), heksoza (6C), heptoza ( 7C). W naturze pentozy i heksozy są najbardziej rozpowszechnione. W
Ryc. . Pentozy:
1 - ryboza; 2 - dezoksyryboza.
Najważniejsze monosacharydy: 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 ma atom wodoru przy drugim atomie węgla, a nie grupę hydroksylową, taką jak ryboza. I…
Ryc. . Liniowa i cykliczna struktura cząsteczki glukozy.
W przypadku heksoz najczęściej stosuje się glukozę, fruktozę i galaktozę (wzór ogólny C 6 H 12 O 6). Glukoza (cukier winogronowy) - Jest to podstawowe źródło energii dla komórek. Jest częścią złożonych węglowodanów. Obowiązkowy składnik krwi. Spadek jego liczby prowadzi do natychmiastowego zakłócenia funkcji życiowych komórek nerwowych i mięśniowych. Będąc w komórkach, reguluje ciśnienie osmotyczne. Fruktoza w wolnej formie znajduje się w owocach. Szczególnie dużo w miodzie, owocach. Znacznie słodszy niż glukoza i inne cukry. Jest częścią oligo - i polisacharydów, bierze udział w utrzymaniu turgoru komórek roślinnych. Galaktoza - także przestrzenny izomer glukozy. Wraz z glukozą tworzą najważniejszy disacharyd mleka - laktozao nazwie cukier mleczny. Łatwo przekształca się w glukozę. M.
Ryc. . Izomery glukozy:
1 - izomer ; Izomer 2 - .
Olecula monosacharydów może przybrać formę prostych łańcuchów lub struktur cyklicznych (ryc.). W przypadku 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 i (ryc.). Grupa hydroksylowa przy pierwszym atomie węgla może znajdować się zarówno pod płaszczyzną cyklu (izomer)), jak i nad nim (izomer)), izomery form tworzą cząsteczki skrobi i glikogenu, izomery form tworzą celulozę. Właściwości monosacharydu: niska masa cząsteczkowa, słodki smak, łatwo rozpuszczalny w wodzie, krystalizujący, należy do cukrów redukujących (redukujących). Złożone węglowodany. Nazywa się złożone węglowodany, których cząsteczki rozkładają się podczas hydrolizy, tworząc monosacharydy. Ich skład wyraża ogólny wzór Cm (H20) n, gdzie m\u003e n. Węglowodany złożone są podzielone na oligosacharydy i polisacharydy.Och
Ryc. . Powstawanie disacharydu.
Ligosacharydy . Oligosacharydy to złożone węglowodany zawierające 2 do 10 reszt monosacharydowych. W zależności od ilości reszt monosacharydów zawartych w cząsteczkach oligosacharydów rozróżnia się disacharydy, trisacharydy, tetrasacharydy itp. Najbardziej rozpowszechnione w naturze są disacharydy. Disacharydy - oligosacharydy, których cząsteczki tworzą dwie reszty monosacharydów. Disacharydy powstają w wyniku kondensacji dwóch monosacharydów (najczęściej heksoz) (ryc.). Nazywa się wiązanie między dwoma monosacharydami glikozyd. Zwykle powstaje między 1. i 4. atomem węgla sąsiadujących jednostek monosacharydowych - Wiązanie 1,4-glikozydowe. Najważniejszymi disacharydami są maltoza, laktoza, sacharoza. Maltoza (cukier słodowy) składa się z dwóch reszt -glukozy. Disacharyd jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. Powstaje w wyniku reakcji kondensacji dwóch cząsteczek -glukozy lub enzymu maltaza przez hydrolizę skrobi. Sacharoza (cukier trzcinowy, buraczany) składa się z reszt -glukozy i fruktozy. Łatwo rozpuszczalny w wodzie. Szeroko rozpowszechniony w roślinach. Węglowodany powstające podczas fotosyntezy w postaci sacharozy wypływają z liści. Sacharoza łatwo ulega przemianie w skrobię i glikogen. Odgrywa ogromną rolę w żywieniu zwierząt i ludzi. Sacharoza pochodzi głównie z buraków cukrowych i trzciny cukrowej.
Ryc. . Niezbędne disacharydy
Laktoza (cukier mleczny) utworzone przez pozostałości galaktoza i glukoza. Słabo rozpuszczalny w wodzie. Jest częścią mleka. Jest źródłem energii dla młodych ssaków. W formie wolnej występuje w niektórych roślinach. Stosuje się go w przemyśle mikrobiologicznym do wytwarzania pożywek .. Właściwości oligosacharydów: stosunkowo niska (kilkaset) masa cząsteczkowa, dobra rozpuszczalność w wodzie, łatwo krystalizująca, z reguły słodki smak, może być albo redukujący, albo nieredukujący. Polisacharydy.Substancje organiczne o wysokiej masie cząsteczkowej, biopolimery, których monomerami są proste węglowodany. Najczęściej monomerem polisacharydu jest glukoza, czasami galaktoza i inne cukry. Z reguły polisacharydy obejmują kilkaset jednostek monomeru. P.
Ryc. 267. Tworzenie rozgałęzionego polisacharydu.
Olisacharydy powstają w wyniku reakcji polikondensacji (ryc.). Jeśli w cząsteczce polisacharydu obecne są tylko wiązania 1,4-glikozydowe, powstaje liniowy nierozgałęziony polimer (celuloza). Jeśli obecne są zarówno wiązania 1,4, jak i 1,6-glikozydowe, polimer będzie rozgałęziony (glikogen). Powstaje wiązanie 1,6-glikozydowe między resztami monosacharydów, które tworzą różne łańcuchy liniowe. Najważniejszymi polisacharydami są skrobia, glikogen, celuloza, chityna, mureina. Skrobia - Główny zapas węglowodanów roślin. Wzór ogólny (C 6H 10O 5) n, gdzie n jest liczbą reszt -glukozy. Nierozpuszczalny w zimnej wodzie. W gorącej wodzie tworzy roztwór przypominający właściwości koloidalne (pasta skrobiowa). Cząsteczka skrobi składa się w około 20% amylozy i 80% z amylopektyna. Liniowe łańcuchy amylozy składają się z kilku tysięcy reszt glukozy i mogą zwinąć się w bardziej zwartą formę. Amylopektyna intensywnie rozgałęzia się, dzięki czemu zapewnia się jej zwartość.
Ryc. . Tworzenie cząsteczki triglicerydu.
Największa część kwasów tłuszczowych zawiera parzystą liczbę atomów węgla w ogonie, od 14 do 22 (najczęściej 16 lub 18). Ponadto ogon węglowodorowy może zawierać inną liczbę wiązań podwójnych. Wyróżnia się obecność lub brak podwójnych wiązań w węglowodorowym ogonie nasycone kwasy tłuszczowektóre nie zawierają podwójnych wiązań w węglowodorowym ogonie i nienasyconych kwasów tłuszczowych mających podwójne wiązania między atomami węgla (-CH = CH -). Jeśli nasycone kwasy tłuszczowe dominują w trójglicerydach, wówczas są one stałe w temperaturze pokojowej (tłuszcze), jeśli są nienasycone - ciecz ( olej). Gęstość tłuszczów jest mniejsza niż w wodzie, więc w wodzie unoszą się na powierzchni. Wosk - grupa prostych lipidów, które są estrami wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi o wyższej masie cząsteczkowej. Występują zarówno w królestwie zwierząt, jak i roślin, gdzie pełnią głównie funkcje ochronne. Na przykład w roślinach pokrywają cienką warstwę liści, łodyg i owoców, chroniąc je przed zwilżeniem wodą i wnikaniem mikroorganizmów. Okres przechowywania owoców zależy od jakości powłoki woskowej. Pod osłoną wosku pszczelego miód jest przechowywany i rozwijają się larwy. Do złożonych lipidów fosfolipidy, g
Ryc. 269. Cząsteczka fosfolipidu
Lycolipidy, lipoproteiny, sterydy, hormony steroidowe, witaminy A, D, E, K. F.
Ryc. . Dwuwarstwowa fosfolipid
tworzenie membrany
Ospholipidy to estry alkoholi wielowodorotlenowych z wyższymi kwasami tłuszczowymi, zawierające resztę kwasu fosforowego (ryc.). Czasami mogą być z tym związane dodatkowe grupy (zasady azotowe, aminokwasy). Z reguły w cząsteczce fosfolipidów znajdują się dwie wyższe reszty tłuszczowe i jedna reszta kwasu fosforowego. Fosfolipidy są obecne we wszystkich komórkach żywych stworzeń, uczestnicząc głównie w tworzeniu fosfolipidowej dwuwarstwy błon komórkowych - pozostałości kwasu fosforowego są hydrofilowe i zawsze skierowane na zewnętrzne i wewnętrzne powierzchnie błony, a hydrofobowe ogony skierowane do siebie wewnątrz błony. Glikolipidy Są węglowodanowymi pochodnymi lipidów. Wraz z alkoholem wielowodorotlenowym i wyższymi kwasami tłuszczowymi ich cząsteczki zawierają również węglowodany. Są one zlokalizowane głównie na zewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej, gdzie ich składniki węglowodanowe znajdują się między innymi węglowodanami na powierzchni komórki. Lipoproteiny - cząsteczki lipidów związane z białkami. Jest ich wiele w błonach, białka mogą przenikać przez błonę, umieszczoną pod lub nad błoną i mogą być zanurzone w dwuwarstwowej lipidowej na różnych głębokościach. Lipoidy - substancje tłuszczopodobne. Należą do nich sterydy (cholesterol i jego pochodne - hormony kory nadnerczy - mineralokortykoidy, glukokortykoidy, estradiol i testosteron - odpowiednio hormony płciowe żeńskie i męskie, są powszechnie stosowane w tkankach zwierzęcych). Lipoidy obejmują terpeny (olejki eteryczne, od których zależy zapach roślin), gibereliny (substancje wzrostu roślin), niektóre pigmenty (chlorofil, bilirubina), witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E, K). Funkcja lipidów.
| Przykłady i objaśnienia |
|
| Energia | Główną funkcją trójglicerydów. Podczas podziału 1 g lipidów uwalnia się 38,9 kJ |
| Strukturalne | Fosfolipidy, glikolipidy i lipoproteiny biorą udział w tworzeniu błon komórkowych. |
| Zarezerwuj | Tłuszcze i oleje są rezerwowym składnikiem odżywczym dla zwierząt i roślin. Jest to ważne dla zwierząt hibernujących w zimnych porach roku lub wykonujących długie przejścia przez obszary, w których nie ma źródeł pożywienia. Oleje roślinne są niezbędne do zapewnienia energii sadzonkom. |
| Ochronne | Warstwy tłuszczu i kapsułek tłuszczowych zapewniają amortyzację narządów wewnętrznych. Warstwy wosku stosuje się jako hydrofobową powłokę u roślin i zwierząt. |
| Izolacja cieplna | Podskórna tkanka tłuszczowa zapobiega odpływowi 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 drugorzędnych cech płciowych. Hormon płciowy estrogen jest odpowiedzialny za rozwój wtórnych cech płciowych kobiet, reguluje cykl menstruacyjny. Mineralokortykoidy (aldosteron itp.) Kontrolują metabolizm wody i soli. Glukokortykoidy (kortyzol itp.) Biorą udział w regulacji metabolizmu węglowodanów i białek. |
| Źródło wody metabolicznej | Po utlenieniu 1 kg tłuszczu uwalnia się 1,1 kg wody. Ważne dla mieszkańców pustyni. |
| Katalityczny | Witaminy A, D, E, K rozpuszczalne w tłuszczach są kofaktorami enzymów, tj. Same te witaminy nie mają aktywności katalitycznej, ale enzymy nie mogą pełnić swoich funkcji bez nich. |
Konieczność opracowania materiałów odżywczych dla uczniów jest podyktowana przygnębiającymi danymi na temat stanu zdrowia współczesnych uczniów, brakiem kultury żywieniowej jako składnika zdrowy sposób życia.
Węglowodany - związki organiczne, których skład w większości przypadków wyraża się wzorem ogólnym C. n (H 2 O) m (n i m ≥ 4). Węglowodany dzielą się na monosacharydy, oligosacharydy i polisacharydy.
Monosacharydy - proste węglowodany, w zależności od liczby atomów węgla, dzielą się na triozy (3), tetozę (4), pentozę (5), heksozę (6) i heptozę (7 atomów). Najczęstsze pentozy i heksozy. Właściwości monosacharydów - są łatwo rozpuszczalne w wodzie, krystalizują się, mają słodki smak, mogą występować w postaci izomerów α lub β.
Ryboza i Deoksyryboza należą do grupy pentoz, są częścią nukleotydów RNA i DNA, trifosforanów rybonukleozydów i trifosforanów deoksyrybonukleozydów itp. Deoksyryboza (C 5 H 10 O 4) różni się od rybozy (C 5 H 10 O 5) tym, że ma atom wodoru na drugim atomie węgla, nie grupa hydroksylowa jak ryboza.
Glukoza lub cukier winogronowy (C 6H 12 O 6), odnosi się do grupy heksoz, może występować w postaci α-glukozy lub β-glukozy. Różnica między tymi izomerami przestrzennymi polega na tym, że dla pierwszego atomu węgla α-glukozy grupa hydroksylowa znajduje się poniżej płaszczyzny pierścienia, a dla β-glukozy - powyżej płaszczyzny.
Glukoza to:
- jeden z najczęstszych monosacharydów,
- najważniejsze źródło energii dla wszystkich rodzajów pracy zachodzących w komórce (energia ta jest uwalniana podczas utleniania glukozy podczas oddychania),
- monomer wielu oligosacharydów i polisacharydów,
- niezbędny składnik krwi.
Fruktoza lub cukier owocowy, należy do grupy heksoz, słodszych od glukozy, w postaci wolnej występuje w miodzie (ponad 50%) i owocach. Jest monomerem wielu oligosacharydów i polisacharydów.
Oligosacharydy - węglowodany powstałe w wyniku reakcji kondensacji między kilkoma (od dwóch do dziesięciu) cząsteczkami monosacharydów. Rozróżnia się disacharydy, trisacharydy itp. W zależności od liczby reszt monosacharydowych. Właściwości oligosacharydów - rozpuszcza się w wodzie, krystalizuje, słodki smak zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby reszt monosacharydowych. Wiązanie utworzone między dwoma monosacharydami nazywa się glikozyd.
Sacharoza lub cukier trzcinowy lub buraczany, - disacharyd składający się z reszt glukozy i fruktozy. Zawarte w tkankach roślinnych. Jest produktem spożywczym (nazwa gospodarstwa domowego - cukier) W przemyśle sacharoza jest produkowana z trzciny cukrowej (łodygi zawierają 10-18%) lub buraków cukrowych (rośliny okopowe zawierają do 20% sacharozy).
Maltoza lub cukier słodowy, - disacharyd składający się z dwóch reszt glukozy. Obecny w kiełkujących nasionach zbóż.
Laktoza lub cukier mleczny, - disacharyd składający się z reszt glukozy i galaktozy. Obecny w mleku wszystkich ssaków (2-8,5%).
Polisacharydy - Są to węglowodany powstałe w wyniku reakcji polikondensacji wielu (kilkudziesięciu lub więcej) cząsteczek monosacharydu. Właściwości polisacharydu - nie rozpuszczają się lub słabo rozpuszczają w wodzie, nie tworzą wyraźnych kryształów, nie mają słodkiego smaku.
Skrobia (C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest α-glukoza. Łańcuchy polimerowe skrobi zawierają rozgałęzione (amylopektyna, wiązania 1,6-glikozydowe) i nierozgałęzione (wiązania amylozowe, 1,4-glikozydowe). Skrobia - główny rezerwowy węglowodan roślin, jest jednym z produktów fotosyntezy, gromadzi się w nasionach, bulwach, kłączach, cebulach. Zawartość skrobi w ziarnach ryżu wynosi do 86%, pszenicy - do 75%, kukurydzy - do 72%, a w bulwach ziemniaka - do 25%. Skrobia - główny węglowodan żywność dla ludzi (enzym trawienny - amylaza).
Glikogen (C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest również α-glukoza. Glikogenowe łańcuchy polimerowe przypominają skrobię amylopektynową, ale w przeciwieństwie do nich rozgałęziają się jeszcze bardziej. Glikogen jest głównym rezerwowym węglowodanem u zwierząt, w szczególności u ludzi. Gromadzi się w wątrobie (do 20% zawartości) i mięśniach (do 4%), jest źródłem glukozy.
(C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest β-glukoza. Łańcuchy polimerowe celulozy nie rozgałęziają się (wiązania β-1,4-glikozydowe). Główny polisacharyd strukturalny ścian komórkowych roślin. Zawartość celulozy w drewnie wynosi do 50%, a we włóknach nasion bawełny - do 98%. Celuloza nie jest rozkładana przez ludzkie soki trawienne, jak brakuje mu enzymu celulazy, który rozrywa wiązania między β-glukozą.
Inulina - polimer, którego monomerem jest fruktoza. Zarezerwuj węglowodany z rodziny Asteraceae.
Glikolipidy - złożone substancje powstające z połączenia węglowodanów i lipidów.
Glikoproteiny - złożone substancje powstające z połączenia węglowodanów i białek.
Funkcje węglowodanów
Struktura i funkcje lipidów
Lipidy nie mają jednej cechy chemicznej. W większości korzyści daje oznaczanie lipidów, mówią, że jest to grupa nierozpuszczalnych w wodzie związków organicznych, które można ekstrahować z komórek rozpuszczalnikami organicznymi - eterem, chloroformem i benzenem. Lipidy można podzielić na proste i złożone.
Proste lipidy większość jest reprezentowana przez estry wyższych kwasów tłuszczowych i trójatomowego alkoholu glicerolowego - trójglicerydy. Kwasy tłuszczowe mają: 1) tę samą grupę dla wszystkich kwasów - grupę karboksylową (-COOH) i 2) rodnik, którym różnią się od siebie. Rodnik jest łańcuchem różnych liczb (od 14 do 22) grup –CH2-. Czasami rodnik kwasu tłuszczowego zawiera jedno lub więcej podwójnych wiązań (-CH = CH-), takich jak kwas tłuszczowy nazywa się nienasyconym. Jeśli kwas tłuszczowy nie ma podwójnych wiązań, nazywa się to nasycony. Gdy powstaje trójgliceryd, każda z trzech grup hydroksylowych glicerolu wchodzi w reakcję kondensacji z kwasem tłuszczowym, tworząc trzy wiązania estrowe.
Jeśli przeważają trójglicerydy nasycone kwasy tłuszczowenastępnie w temperaturze 20 ° C są one stałe; są nazywane tłuszcze, są charakterystyczne dla komórek zwierzęcych. Jeśli przeważają trójglicerydy nienasycone kwasy tłuszczowenastępnie w temperaturze 20 ° C są płynne; są nazywane oleje, są charakterystyczne dla komórek roślinnych.
1 - trójgliceryd; Wiązanie 2 - estrowe; 3 - nienasycony kwas tłuszczowy;
4 - głowa hydrofilowa; 5 - hydrofobowy ogon.
Gęstość trójglicerydów jest mniejsza niż w wodzie, więc w wodzie unoszą się na powierzchni.
Proste lipidy obejmują również woski - estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi o dużej masie cząsteczkowej (zwykle o parzystej liczbie atomów węgla).
Złożone lipidy. Należą do nich fosfolipidy, glikolipidy, lipoproteiny itp.
Fosfolipidy - trójglicerydy, w których jedną resztę kwasu tłuszczowego zastępuje się resztą kwasu fosforowego. Weź udział w tworzeniu błon komórkowych.
Glikolipidy - patrz wyżej.
Lipoproteiny - złożone substancje powstałe z połączenia lipidów i białek.
Lipoidy - substancje tłuszczopodobne. Należą do nich karotenoidy (pigmenty fotosyntetyczne), hormony steroidowe (hormony płciowe, mineralokortykoidy, glukokortykoidy), gibereliny (substancje wzrostu roślin), witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E, K), cholesterol, kamfora itp.
Funkcja lipidów
| Funkcja | Przykłady i objaśnienia |
|---|---|
| Energia | Główną funkcją trójglicerydów. Podczas podziału 1 g lipidów uwalnia się 38,9 kJ. |
| Strukturalne | Fosfolipidy, glikolipidy i lipoproteiny biorą udział w tworzeniu błon komórkowych. |
| Zarezerwuj | Tłuszcze i oleje są rezerwowym składnikiem odżywczym dla zwierząt i roślin. Jest to ważne dla zwierząt hibernujących w zimnych porach roku lub wykonujących długie przejścia przez obszary, w których nie ma źródeł pożywienia. Oleje roślinne są niezbędne do zapewnienia energii sadzonkom. |
| Ochronne | Warstwy tłuszczu i kapsułek tłuszczowych zapewniają amortyzację narządów wewnętrznych. Warstwy wosku stosuje się jako hydrofobową powłokę u roślin i zwierząt. |
| Izolacja cieplna | 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 drugorzędnych cech płciowych. Hormon płciowy estrogen jest odpowiedzialny za rozwój wtórnych cech płciowych 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. Ważne dla mieszkańców pustyni. |
| Katalityczny | Rozpuszczalne w tłuszczach witaminy A, D, E, K są kofaktorami enzymów, tj. same w sobie witaminy te nie posiadają aktywności katalitycznej, ale bez nich enzymy nie mogą pełnić swoich funkcji. |
Idź do wykład numer 1 „Wprowadzenie. Pierwiastki chemiczne komórki. Woda i inne związki nieorganiczne ”
Idź do wykład numer 3 „Struktura i funkcja białek. Enzymy
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 kwasów nukleinowych 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.
Węglowodany - związki organiczne, których skład w większości przypadków wyraża wzór ogólny C n (H 2 O) m (n i m ≥ 4). Węglowodany dzielą się na monosacharydy, oligosacharydy i polisacharydy.
Monosacharydy - węglowodany proste, w zależności od liczby atomów węgla, dzielą się na triozy (3), tetrosy (4), pentozy (5), heksozy (6) i heptozy (7 atomów). Najczęstsze pentozy i heksozy. Właściwości monosacharydów są łatwo rozpuszczalne w wodzie, krystalizują, mają słodki smak i mogą być prezentowane w postaci izomerów α- lub β.
Ryboza i deoksyryboza należą do grupy pentoz, są częścią nukleotydów RNA i DNA, trifosforanów rybonukleozydów i trifosforanów deoksyrybonukleozydów itp. Deoksyryboza (C 5 H 10 O 4) różni się od rybozy (C 5 H 10 O 5) tym atom wodoru, a nie grupa hydroksylowa, jak ryboza.
Glukoza lub cukier winogronowy (C 6 H 12 O 6), należy do grupy heksoz, może istnieć jako α-glukoza lub β-glukoza. Różnica między tymi izomerami przestrzennymi polega na tym, że na pierwszym atomie węgla w α-glukozie grupa hydroksylowa znajduje się poniżej płaszczyzny pierścienia, aw β-glukozie - powyżej płaszczyzny.
Glukoza to:
jeden z najczęstszych monosacharydów,
najważniejsze źródło energii dla wszystkich rodzajów prac odbywających się w komórce (energia ta jest uwalniana podczas utleniania glukozy podczas oddychania),
monomer wielu oligosacharydów i polisacharydów,
niezbędny składnik krwi.
Fruktoza lub cukier owocowy, należy do grupy heksoz, słodszych niż glukoza, jest zawarty w postaci wolnej w miodzie (ponad 50%) i owocach. Jest monomerem wielu oligosacharydów i polisacharydów.
Oligosacharydy - węglowodany powstałe w wyniku reakcji kondensacji między kilkoma (od dwóch do dziesięciu) cząsteczek monosacharydów. W zależności od liczby reszt monosacharydowych rozróżnia się disacharydy, trisacharydy itp. Najczęściej występują disacharydy. Właściwości oligosacharydów - rozpuścić w wodzie, krystalizować, słodki smak zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby reszt monosacharydowych. Wiązanie, które tworzy się między dwoma monosacharydami, nazywa się glikozyd.
Cukier, trzcina cukrowa lub cukier buraczany, jest disacharydem składającym się z reszt glukozy i fruktozy. Zawarty w tkance roślinnej. Czy produkt spożywczy (nazwa gospodarstwa domowego - cukier). W przemyśle sacharoza jest produkowana z trzciny cukrowej (łodygi zawierają 10–18%) lub buraka cukrowego (korzenie zawierają do 20% sacharozy).
Maltoza lub cukier słodowy, jest disacharydem składającym się z dwóch reszt glukozy. Obecny w kiełkujących nasionach zbóż.
Laktoza lub cukier mleczny, jest disacharydem składającym się z reszt glukozy i galaktozy. Obecny w mleku wszystkich ssaków (2–8,5%).
Polisacharydy - są to węglowodany powstałe w wyniku reakcji polikondensacji wielu (kilkudziesięciu lub więcej) cząsteczek monosacharydów. Właściwości polisacharydów - nie rozpuszczać się lub słabo rozpuszczać w wodzie, nie tworzyć wyraźnie zdobionych kryształów, nie mieć słodkiego smaku.
Skrobia (C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest α-glukoza. Łańcuchy polimeru skrobiowego zawierają miejsca rozgałęzione (wiązania amylopektynowe, 1,6-glikozydowe) i nierozgałęzione (wiązania amylozy, 1,4-glikozydowe). Skrobia - główny rezerwat węglowodanów roślinnych, jest jednym z produktów fotosyntezy, gromadzi się w nasionach, bulwach, kłączach, cebulkach. Zawartość skrobi w ziarnach ryżu wynosi do 86%, pszenicy do 75%, kukurydzy do 72%, aw bulwach ziemniaka do 25%. Skrobia - główny węglowodan pokarm dla ludzi (enzym trawienny - amylaza).
Glikogen (C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest również α-glukoza. Łańcuchy glikogenu polimerowego przypominają miejsca amylopektyny skrobi, ale w przeciwieństwie do nich, rozgałęziają się jeszcze bardziej. Glikogen jest głównym rezerwowym węglowodanem zwierząt, zwłaszcza człowieka. Gromadzi się w wątrobie (zawartość - do 20%), a mięśnie (do 4%), jest źródłem glukozy.
Celuloza (C 6 H 10 O 5) n - polimer, którego monomerem jest β-glukoza. Polimerowe łańcuchy celulozowe nie rozgałęziają się (wiązania β-1,4-glikozydowe). Główny strukturalny polisacharyd ścian komórkowych roślin. Zawartość celulozy w drewnie wynosi do 50%, we włóknach nasion bawełny do 98%. Celuloza nie jest rozkładana przez ludzkie soki trawienne, ponieważ brakuje mu enzymu celulazy, rozrywającego wiązania między β-glukozą.
Inulina - polimer, którego monomerem jest fruktoza. Rezerwy węglowodanów roślin z rodziny Asteraceae.
Glikolipidy - substancje złożone wynikające z połączenia węglowodanów i lipidów.
Glikoproteiny - złożone substancje powstałe z połączenia węglowodanów i białek.
Funkcje węglowodanowe
|
Funkcja |
Przykłady i wyjaśnienia |
|
Energia |
Główne źródło energii dla wszystkich rodzajów prac odbywających się w komórkach. Przy rozdzielaniu 1 g węglowodanów uwalniane jest 17,6 kJ. |
|
Strukturalne |
Celuloza składa się ze ściany komórkowej roślin, mureny - ściany komórkowej bakterii, chityny - ściany komórkowej grzybów i powłoki stawonogów. |
|
Zarezerwuj |
Rezerwowym węglowodanem u zwierząt i grzybów jest glikogen, w roślinach - skrobia, inulina. |
|
Ochronne |
Śluz chroni jelita, oskrzela przed uszkodzeniami mechanicznymi. Heparyna zapobiega krzepnięciu krwi u zwierząt i ludzi. |
Poszukaj animacji na temat klasyfikacji i funkcji biologicznych węglowodanów.
Struktura i funkcja lipidów
Lipidy nie mają jednej charakterystyki chemicznej. W większości korzyści, dawanie oznaczanie lipidówtwierdzą, że jest to grupa nierozpuszczalnych w wodzie związków organicznych, które można ekstrahować z komórki rozpuszczalnikami organicznymi - eterem, chloroformem i benzenem. Lipidy można podzielić na proste i złożone.
Proste lipidy większość reprezentują estry wyższych kwasów tłuszczowych i trójwodorotlenowy alkohol glicerolowy - triglicerydy. Kwasy tłuszczowe mają: 1) tę samą grupę dla wszystkich kwasów - grupę karboksylową (–COOH) i 2) rodnik, dzięki któremu różnią się od siebie. Rodnik to łańcuch różnych ilości (od 14 do 22) grup –CH 2 -. Czasami rodnik kwasu tłuszczowego zawiera jedno lub więcej podwójnych wiązań (–CH = CH–), takich kwas tłuszczowy nazywany jest nienasycony. Jeśli kwas tłuszczowy nie ma podwójnych wiązań, nazywa się to nasycony. Gdy powstaje trigliceryd, każda z trzech grup hydroksylowych glicerolu reaguje kondensując z kwasem tłuszczowym, tworząc trzy wiązania estrowe.
Jeśli przeważają triglicerydy nasycone kwasy tłuszczowepotem w 20 ° C są one stałe; oni są nazywani tłuszczesą charakterystyczne dla komórek zwierzęcych. Jeśli przeważają triglicerydy nienasycone kwasy tłuszczowepotem w 20 ° C są płynne; oni są nazywani olejesą charakterystyczne dla komórek roślinnych.
1 - trigliceryd; Wiązanie 2-estrowe; 3 - nienasycone kwasy tłuszczowe; 4 - hydrofilowa głowa; 5 - hydrofobowy ogon.
Gęstość triglicerydów jest niższa niż gęstość wody, więc unoszą się one w wodzie, są na jej powierzchni.
Proste lipidy również obejmują woski - estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi o wysokiej masie cząsteczkowej (zwykle o parzystej liczbie atomów węgla).
Złożone lipidy. Obejmują one fosfolipidy, glikolipidy, lipoproteiny itp.
Fosfolipidy - triglicerydy, w których jedna reszta kwasu tłuszczowego jest zastąpiona resztą kwasu fosforowego. Weź udział w tworzeniu błon komórkowych.
Glikolipidy - patrz wyżej.
Lipoproteiny - złożone substancje powstałe z połączenia lipidów i białek.
Lipoidy - substancje tłuszczopodobne. Należą do nich karotenoidy (pigmenty fotosyntetyczne), hormony steroidowe (hormony płciowe, mineralokortykoidy, glukokortykoidy), gibereliny (substancje roślinne), witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E, K), cholesterol, kamfora itp.
Poszukaj animacji na temat klasyfikacji i funkcji biologicznych lipidów.
Funkcje lipidowe
|
Funkcja |
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. |
|
Zarezerwuj |
Tłuszcze i oleje są rezerwową substancją spożywczą u zwierząt i roślin. Jest to ważne dla zwierząt, które zapadają w zimę podczas zimnej pory roku lub przechodzą długie przejścia przez obszar, na którym nie ma źródeł żywności. Oleje z nasion roślinnych są niezbędne do dostarczania energii do siewek. |
|
Ochronne |
Interlayery tłuszczu i kapsułek tłuszczowych zapewniają amortyzację narządów wewnętrznych. Warstwy woskowe są stosowane jako powłoka hydrofobowa u roślin i zwierząt. |
|
Izolacja cieplna |
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. Ważne dla mieszkańców pustyni. |
|
Katalityczny |
Rozpuszczalne w tłuszczach witaminy A, D, E, K są kofaktorami enzymów, tj. same w sobie witaminy te nie posiadają aktywności katalitycznej, ale bez nich enzymy nie mogą pełnić swoich funkcji. |
Patrz rysunek 15. Jakie są właściwości tłuszczu, oleju i cukru? Jakie jest znaczenie tych substancji dla organizmów?
Skład żywych obejmuje materię organiczną. Różnią się składem, właściwościami i funkcjami biologicznymi, mają masę cząsteczkową od 30 do kilku tysięcy jednostek. Niskocząsteczkowe substancje organiczne składają się z jednej jednostki strukturalnej, podczas gdy związki wysokocząsteczkowe mogą zawierać od kilku jednostek do tysięcy jednostek strukturalnych. Takie substancje są nazywane polimerami (otgrech. Polymeres - liczne), a ich jednostki strukturalne - monomery (jeden).
Substancje organiczne obejmują lipidy, tłuszcze, oleje, fosfolipidy, woski (ryc. 15). W zależności od typu komórki zawartość lipidów waha się od 5% do 90%, na przykład w komórkach tkanki tłuszczowej. Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie, tj. Hydrofobowe. Fosfolipidy, w przeciwieństwie do tłuszczu i oleju, zawierają w swoim składzie pozostałość kwasu fosforowego, który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. Dlatego fosfolipidy mają podwójne właściwości - hydrofilowo-hydrofobowe.
Rys. 15. Lipidy: 1 - schemat struktury cząsteczki tłuszczu; 2 - schemat struktury cząsteczki fosfolipidu
Główną funkcją lipidów w życiu jest energia. Podczas utleniania 1 g tłuszczu uwalniana jest 38,9 kJ energii. Tłuszcze i oleje są składnikami odżywczymi w komórkach roślinnych (ryc. 16) i zwierzętami, źródłem wody w organizmie, które powstaje podczas ich rozkładu. Inną równie ważną funkcją lipidów jest budowanie. Fosfolipidy są częścią błony komórkowej. Pszczoły budują plastry miodu z wosku.
Rys. 16. Nasiona słonecznika są bogate w olej
Lipidy pełnią również funkcję ochronną i termoregulacyjną. Podskórna warstwa tłuszczu u wielu ssaków chroni je przed hipotermią, uszkodzeniem narządów wewnętrznych podczas działania mechanicznego (ryc. 17). Powłoka woskowa na liściach niektórych roślin, takich jak igły świerku i sosny, zapobiega nadmiernemu parowaniu, ekspozycji na niskie temperatury i światło słoneczne. Inna ważna funkcja lipidowa jest regulacyjna. Hormon nadnerczy (kortyzon) i hormony płciowe (testosteron i estradiol) - lipidy. Niektóre lipidy są składnikami witamin D i E.
Rys. 17. Wieloryb ma grubą podskórną warstwę tłuszczu.
Substancje cukrowe lub cukropodobne - węglowodany, mają ogólny wzór. W komórkach zwierzęcych zawartość węglowodanów wynosi od 1 do 3% (w komórkach wątroby zwierząt do 5%). Do 90% węglowodanów znajduje się w komórkach roślinnych, gdzie służą jako główny materiał budowlany i składnik odżywczy (ryc. 18, 19).
Rys. 18. Bogate w glukozę winogrona
Rys. 19. Skrobia jest przechowywana w organach roślinnych, takich jak bulwy ziemniaka.
Wszystkie węglowodany dzielą się na monosacharydy i polisacharydy (ryc. 20). Monosacharydy obejmują na przykład glukozę i rybozę. Są to bezbarwne substancje krystaliczne, dobrze rozpuszczalne w wodzie, słodkie w smaku. Polisacharydy są wysokocząsteczkowymi polimerami, których monomerami są powtarzające się jednostki, najczęściej cząsteczki glukozy. Polisacharydy obejmują skrobię, glikogen, celulozę. W przeciwieństwie do monosacharydów, polisacharydy nie mają słodkiego smaku, rozpuszczają się słabo lub całkowicie nierozpuszczalne w wodzie.
Rys. 20. Węglowodany: 1 - schemat struktury cząsteczki glukozy; 2 - schemat struktury cząsteczki celulozy; 3 - schemat struktury cząsteczki skrobi
W organizmie węglowodany pełnią głównie funkcje budowlane i energetyczne. Celuloza składa się z powłoki komórek roślinnych. Zgodnie z całkowitą masą żywej natury Ziemi zajmuje pierwsze miejsce wśród związków organicznych. Chityna polisacharydowa jest składnikiem skóry stawonogów i błony komórek grzybowych.
Skrobia i glikogen - zapasowe składniki odżywcze komórki. Skrobia jest syntetyzowana i przechowywana w komórkach roślinnych, a glikogen w komórkach zwierzęcych, szczególnie w wątrobie. Te węglowodany wraz z glukozą pełnią również funkcję energetyczną w organizmie. Podczas utleniania 1 g węglowodanów uwalniana jest 17,6 kJ energii. Ilość ciepła wytwarzanego w tym przypadku jest mniejsza niż w utlenianiu tłuszczów. Jednak węglowodany są szybciej rozkładane i wchłaniane przez organizm niż tłuszcze. Na przykład komórki tkanki nerwowej wykorzystują glukozę jako główne źródło energii.
Ćwiczenia na materiale
- Czym jest polimer i monomer? Jaką materią organiczną są żywe polimery?
- Dlaczego tłuszcze mają właściwości hydrofobowe? Porównaj ich rozpuszczalność z fosfolipidami. Co wyjaśnia różnice?
- W ciele morsów, fok i innych zwierząt północnych gromadzi się gruba warstwa tłuszcz podskórny. Jakie funkcje wykonuje w ciele tych zwierząt?
- Jakie węglowodany są monosacharydami i polisacharydami? Jakie funkcje pełnią w organizmach?
