Значение в клетке углеводов в: Ошибка 403 — доступ запрещён

Углеводы. Функции и роль углеводов

Слушайте материал об углеводах в аудиоформате. Текстовый вариант смотрите ниже.

• Состав углеводов
• Классификация углеводов
  • Моносахариды
  • Олигосахариды
  • Полисахариды
• Функции углеводов

 

 

Состав углеводов

Углеводы — органические соединения, в состав молекул которых входят атомы углерода, водорода и кислорода. В молекулах большого количества углеводов водород и кислород содержится в таком же соотношении, как и в воде (2:1). Отсюда и происходит их название – углеводы.

Углеводы входят в состав всех живых организмов. В клетках животных содержание углеводов не превышает 10% сухой массы, в клетках растений их значительно больше –до 90%.

 

 

Классификация углеводов

Выделяют три класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

 

Моносахариды

Моносахаридами являются низкомолекулярные соединения, состоящие из одного мономерного остатка. К моносахаридам относятся  рибоза и дезоксирибоза(пентозы), глюкоза, фруктоза и галактоза(гексозы).  Рибоза входит в состав важнейших соединений клетки — РНК, АТФ, витамина В2, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК.

Глюкоза — основной источник энергии для клеток, она содержится в клетках всех живых организмов. Фруктоза в свободном виде присутствует в вакуолях клеток растений. Много фруктозы содержится в ягодах, фруктах, меде.

Свойства моносахаридов: сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде.

 

Олигосахариды

Олигосахариды состоят из 2—10 остатков моносахаридов, последовательно соединенных ковалентными связями. В состав молекул олигосахаридов могут входить остатки одного или разных моносахаридов. Большинство олигосахаридов, как и моносахариды, — бесцветные кристаллические соединения, хорошо растворимые в воде и сладкие на вкус.

Олигосахариды, в состав которых входят два остатка моносахаридов, называют дисахаридами. К дисахаридам относятся: сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). В растениях сахароза служит растворимым резервным углеводом, а также транспортной формой продуктов фотосинтеза, которая легко переносится по растению. Мальтоза в больших количествах содержится в прорастающих семенах злаков. Лактоза является важнейшим углеводным компонентом молока млекопитающих.

Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы, лактоза состоит из остатка галактозы и остатка глюкозы, сахароза состоит из остатка глюкозы и остатка фруктозы.

 

Полисахариды

Полисахариды (от греч. полис — много) — биополимеры. Молекулы полисахаридов состоят из большого числа (до нескольких тысяч) остатков моносахаридов. В состав полисахарида могут входить остатки одного или разных моносахаридов. В отличие от моно- и олигосахаридов полисахариды практически нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Полисахариды могут иметь линейную, неразветвленную (целлюлоза, хитин) либо разветвленную (гликоген) структуру. К полисахаридам относятся: крахмал, целлюлоза, хитин, гликоген.

Крахмал представляет собой смесь полисахаридов — он состоит из разветвленного амилопектина и линейного полисахарида амилозы. Крахмал синтезируется в клетках растений и состоит из остатков глюкозы. Крахмал запасается в семенах, клубнях, листьях и других органах.

У грибов, животных и человека запасным полисахаридом является гликоген. Он откладывается в мышцах и клетках печени.

В оболочках клеток растений содержится целлюлоза — прочный, волокнистый, нерастворимый в воде полисахарид. Хитин входит в состав покровов членистоногих, в состав клеточной стенки грибов. По структуре он сходен с целлюлозой, однако в составе молекул содержит не только углерод, водород и кислород, но и азот.

 

 

Функции углеводов

1. Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии.
2. Запасающая функция углеводов заключается в том, что полисахариды являются запасными питательными веществами живых организмов, играя роль «хранилищ» энергии. Запасным (резервным) углеводом у растений является крахмал, у животных и грибов — гликоген.
3. Структурная функция углеводов заключается в том, что они используются в качестве строительного материала. Оболочки клеток растений состоят из целлюлозы, которая обладает высокой прочностью. Поэтому они надежно защищают внутриклеточное содержимое и поддерживают форму клеток. Хитин, как уже говорилось, является важным структурным компонентом наружного скелета членистоногих, клеточных оболочек грибов и некоторых протистов
4. Метаболическая роль углеводов состоит в том, что в клетках живых организмов моносахариды являются основой для синтеза многих органических веществ — олиго- и полисахаридов, нуклеотидов, некоторых спиртов
5. Углеводы также выполняют защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении деревьев, например, вишен и слив) являются производными моносахаридов. Они препятствуют проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов.

Глава I. Углеводы

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных.  В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим.  Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С_mH_2nO_n или C_m(H₂O)_n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

 

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т. д.: 

 

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы)  представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu²⁺, Ag⁺) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим  с пищей, является крахмал. Он содержится  в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются  расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

,

которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.

В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:

В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.

Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях: 

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.

Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.

В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.

Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

 

Структурная, опорная и защитная функции

Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым  мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.

Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают  бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

 

Регуляторная функция

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

,

а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.

Углеводы Базовое топливо | thenutritiondr

Углеводы питают наше тело

Что означает слово «углеводы»?

Термин «углеводы» был придуман давно, когда ученые заметили постоянную закономерность в химической формуле большинства углеводов. Мало того, что они состоят только из углерода, водорода и кислорода, так еще и отношение углерода к химической формуле воды (h3O) обычно составляет один к одному (C:h3O). Углеводы означает «углерод с водой». Например, углеводы глюкоза и галактоза имеют следующую химическую формулу:

 

C6h22O6 или (Ch3O)6

Откуда берутся углеводы?

Создание дающих энергию углеводов из молекул h3O и CO2, не дающих энергию, — это талант, ограниченный растениями и горсткой бактерий. В процессе, называемом фотосинтезом, эти формы жизни способны соединять H3O и CO2, используя солнечную энергию. Наряду с углеводами O2 также является продуктом этой реакции:

 

6CO2 + 6h3O  ——> C6h22O6 + 6O2

 

Люди не способны осуществлять фотосинтез, поэтому мы едим растения и растительные продукты, такие как фрукты, овощи, бобовые и зерновые продукты, чтобы получить богатый запас углеводов. Помимо растений и продуктов их переработки, молоко и молочные продукты также являются хорошими источниками углеводов. На самом деле, молоко и некоторые молочные продукты являются одним из немногих значительных источников углеводов из продуктов животного происхождения; мед это другое. Следует отметить, что, хотя люди не могут осуществлять фотосинтез, мы обладаем способностью производить некоторое количество углеводов в нашем организме. Однако для этого мы должны начать с молекул, которые уже обладают энергией. Этот процесс называется глюконеогенезом и начинается с аминокислот (из белка), глицерина (из жира) и лактата (из молочной кислоты).

 

Существуют ли различные типы и классы углеводов?

Как вы могли догадаться, в природе встречается множество различных видов углеводов. Однако наше обсуждение будет ограничено теми углеводами, которые содержатся в большем количестве в нашем рационе, и теми, которые важны для нашего организма. Простейшими углеводами являются моносахариды, к которым относятся глюкоза (декстроза), фруктоза и галактоза. Другие примеры моносахаридов включают ксилозу, маннозу и рибозу, но они могут быть вам незнакомы. В природе встречается более 100 различных моносахаридов, которые служат строительными блоками для более крупных углеводов, таких как дисахариды, олигосахариды, крахмалы и волокна.

 

Что такое моносахариды и в каких продуктах они содержатся?

Моносахариды настолько малы, насколько могут быть углеводы. Другими словами, моносахариды не могут быть разделены на более мелкие углеводы. Все остальные углеводы состоят из моносахаридов, связанных вместе. Например, дисахариды состоят из двух моносахаридов, связанных вместе. Ниже перечислены три дисахарида, содержащиеся в нашем рационе, включая их моносахаридные строительные блоки.

Анкер 1

Якорь 2

Якорь 3

Якорь 4

ДАЛЕЕ > Углеводы — превосходный источник энергии

Глюкоза и фруктоза могут быть обнаружены в продуктах питания независимо друг от друга или в составе более крупных углеводов. Фруктоза делает мед и многие фрукты сладкими и используется в качестве подсластителя в виде фруктозы или кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. С другой стороны, хотя некоторое количество галактозы содержится в определенных продуктах, в основном она содержится в составе более крупных углеводов.

 

Что такое дисахариды?

Глюкоза представляет собой половину дисахаридов лактозы и сахарозы и обе половины мальтозы. Мальтоза, или солодовый сахар, может быть частью нашего рациона естественным образом в семенах или алкогольных напитках. Сахарозу получают из сахарного тростника и свеклы, которые и продукт, богатый сахарозой, называют «сахаром». Лактоза является основным углеводом, содержащимся в молоке и молочных продуктах. Ученые-диетологи часто называют моносахариды и дисахариды «простыми сахарами» из-за их относительно небольшого размера углеводов и их сладкого вкуса. Относительная сладость простых сахаров и их сравнение с сахарными спиртами и искусственными подсластителями представлены ниже.

 

Таблица относительной сладости подсластителей

Якорь 5

Что такое олигосахариды и крахмалы?

Моносахариды служат строительными блоками не только для дисахаридов, но и для некоторых более крупных форм углеводов. Самый узнаваемый крупный углевод – это крахмал. Крахмал в разной степени содержится в растениях и продуктах их переработки (например, в бобовых, овощах, фруктах и ​​злаках). Он состоит из крупных прямых и разветвленных цепей моносахарида глюкозы. Можно найти несколько более коротких разветвленных цепей глюкозы, и производители продуктов питания также будут использовать их при производстве продуктов питания. Короткие разветвленные цепи, используемые производителями продуктов питания, часто называют мальтодекстринами и обычно получают путем частичного переваривания кукурузного крахмала. В рационе человека мы также можем найти небольшое количество углеводов, называемых олигосахаридами, состоящих всего из нескольких моносахаридов (от трех до десяти), связанных вместе. Все больше олигосахаридов извлекают из растительных источников и используют в пищевых продуктах по разным причинам. Например, изоолигосахариды или ИМО используются в производстве питательных батончиков, чтобы улучшить структуру батончика, а также обеспечить его клетчаткой. Между тем, некоторые другие олигосахариды (например, раффиноза и стахиоза) являются легендарными компонентами бобов не обязательно из-за их питательной ценности, но из-за их воздействия на пищеварительный тракт. Растения производят крахмал для хранения энергии, подобно тому, как млекопитающие накапливают жир. Растительные волокна, с другой стороны, не обязательно хранят энергию, а выполняют более структурную роль для растений. Подобно крахмалу, клетчатка также состоит из прямых и разветвленных цепей моносахаридов, но их строительный блок моносахаридов не ограничивается только глюкозой.

 

Что делают углеводы в нашем организме?

Углеводы играют довольно много ролей в человеческом организме, но, возможно, не так важны, как основной источник энергии/топлива для всех клеток человека. Все 60-100 триллионов клеток в организме в той или иной степени используют глюкозу. Между тем, клетки центральной нервной системы, а также эритроциты и некоторые другие типы клеток в нормальных условиях будут использовать исключительно глюкозу (или лактат из глюкозы). Углеводы также обеспечивают ограниченный, но легкодоступный запас энергии, называемый гликогеном, который содержится в основном в мышцах и печени. В качестве источника энергии углевод обеспечивает 4 калории на грамм. Углеводы также являются скромным, но жизненно важным компонентом клеточных мембран. Некоторые углеводы также являются ключевыми частями незаменимых молекул. Например, такие молекулы, как ДНК и РНК, содержат углевод рибозу. Рибоза — это моносахарид, который может образовываться в наших клетках из глюкозы, а также поступать с пищей. Кроме того, очень сложные углеводы, называемые гликозаминогликанами (ГАГ), очень важны для соединительной ткани, например, для наших суставов. ГАГ включают хондроитинсульфат и гиалуроновую кислоту, которые содержатся в некоторых пищевых добавках, предназначенных для поддержки суставов.

 

 

 

Якорь 6

Якорь 7

ДАЛЕЕ > Углеводы — превосходный источник энергии

Не- Углеводы клетчатки в молочных диетах | Manitoba Agriculture

Большинство лабораторий по анализу кормов в настоящее время регулярно сообщают об уровнях неволокнистых углеводов (NFC), также широко известных как неструктурные углеводы (NSC). Ниже приведены ответы на распространенные вопросы об этом относительно новом «питательном веществе».

Что такое неволокнистые углеводы?

Углеводы состоят из 2 фракций — фракции клеточной стенки и фракции неклеточной стенки. Фракция клеточной стенки или волокна состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина и представляет собой нейтральное детергентное значение волокна на листе анализа. Неклеточная фракция состоит из легкоусвояемого содержимого клеток (крахмал, сахара и пектины) и называется неволокнистым углеводом.

Почему важна NFC?

NFC является легко усваиваемым источником энергии и вместе с расщепленным белком необходим рубцу для микробного роста и пищеварения.

Каковы требования молочной коровы для NFC?

Как правило, уровень NFC должен составлять 35-42% от сухого вещества рациона.

Что произойдет, если уровень диетического NFC выйдет за пределы этого диапазона?

Если уровень NFC низкий, будет плохой рост микробов в рубце и плохое пищеварение.