Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Министерство на образованието, Астана

Политехнически колеж

творческа работа

Предмет: Химия

Тема: "Въглехидрати"

• Съдържание: 1
• Въведение. 4
• 1 .Монозахариди. 7
• Глюкоза. 7
• 7
• физични свойства. 9
• Химични свойства. 9
• Получаване на глюкоза. 10
• Използването на глюкоза. 10
• 11
• II. Дизахариди. 11
• захароза. 12
• 12
• физични свойства. 12
• Химични свойства. 12
• Получаване на захароза. 13
• Използването на захароза. 14
• Среща се в природата и човешкото тяло. 14
• III. полизахариди. 14
• нишесте 14
• Основни понятия. Структурата на молекулата. 14
• физични свойства. 15
• Химични свойства. 15
• Получаване на нишесте. 15
• Приложение на нишесте. 15
• Среща се в природата и човешкото тяло. 16
• Целулоза. 17
• Основни понятия. Структурата на молекулата. 17
• физични свойства. 17
• Химични свойства. 17
• Получаване на целулоза. 18
• Използването на целулоза. 18
• Среща се в природата и човешкото тяло. 19
• Заключение 21
• Приложения. 22
• Препратки 33

Въведение

Сблъсквайки се ежедневно с различни предмети от бита, храни, природни обекти, промишлени продукти, ние не се замисляме за факта, че навсякъде има отделни химикали или комбинация от тези вещества. Всяко вещество има своя структура и свойства. От момента на появата си на Земята човекът е консумирал растителна храна, съдържаща нишесте, плодове и зеленчуци, съдържащи глюкоза, захароза и други въглехидрати, използвал е за своите нужди дървесина и други растителни предмети, състоящи се основно от друг естествен полизахарид - целулозата. И едва в началото на XIX век. стана възможно да се изследва химичният състав на естествените макромолекулни вещества, структурата на техните молекули. В тази област са направени важни открития.

В необятния свят на органичната материя има съединения, за които може да се каже, че са съставени от въглерод и вода. Те се наричат ​​въглехидрати. Терминът "въглехидрати" е предложен за първи път от руския химик от Дорпат (сега Тарту) К. Шмид през 1844 г. През 1811 г. руският химик Константин Готлиб Сигизмунд (1764-1833) пръв получава глюкоза чрез хидролиза на нишесте. Въглехидратите са широко разпространени в природата и играят важна роля в биологичните процеси на живите организми и човека.

Въглехидратите, в зависимост от структурата, могат да бъдат разделени на монозахариди, дизахариди и полизахариди: (вижте Приложение 1)

1. Монозахариди:

- глюкоза C6H12O6

-фруктоза C6H12O6

- рибоза C 5 H 10 O 5

От монозахаридите с шест въглерода - хексозата - най-важни са глюкозата, фруктозата и галактозата.

Ако два монозахарида се комбинират в една молекула, такова съединение се нарича дизахарид.

2. Дизахариди:

-захароза C 12 H 22 O 11

Сложните въглехидрати, образувани от много монозахариди, се наричат ​​полизахариди.

3. Полизахариди:

- нишесте(C6H10O5) n

- целулоза(C6H10O5) n

Молекулите на монозахаридите могат да съдържат от 4 до 10 въглеродни атома. Имената на всички групи монозахариди, както и имената на отделни представители, завършват на - унция. Следователно, в зависимост от броя на въглеродните атоми в молекулата, монозахаридите се разделят на тетрози, пентози, хексозии т.н. най-голямо значение имат хексозите и пентозите.

Класификация на въглехидратите

Пентози	Хексози	дизахариди	полизахариди
Глюкоза Рибоза Дезоксирибоза арабиноза Ксилоза Ликсоза рибулоза Ксилулоза	Глюкоза Галактоза Маноза Гулоза Идоса Талоса Алоза Алтроза Фруктоза Сорбоза Такатоса Психоза фукоза Рамноза	захароза лактоза Трехалоза Малтоза Целобиоза алолактоза Гентиобиоза Ксилобиоза мелибиоза	Гликоген нишесте Целулоза Хитин амилоза Амилопектин стахилоза Инулин Декстрин Пектини

Животни и човекне са в състояние да синтезират захари и да ги набавят с различни хранителни продукти от растителен произход.

В растениятавъглехидратите се образуват от въглероден диоксид и вода в процеса на сложна реакция на фотосинтеза, извършвана от слънчева енергия с участието на зеления пигмент на растенията - хлорофил.

1. Монозахариди

От шествъглеродните монозахариди - хексози - важни са глюкозата, фруктозата и галактозата.

Глюкоза

Основни понятия. Структурата на молекулата. За да се установи структурната формула на молекулата на глюкозата, е необходимо да се познават нейните химични свойства. Експериментално доказано, че един мол глюкоза реагира с пет мола оцетна киселина, за да образува естер. Това означава, че в молекулата на глюкозата има пет хидроксилни групи. Тъй като глюкозата в амонячен разтвор на сребърен оксид (II) дава реакцията на "сребърно огледало", нейната молекула трябва да съдържа алдехидна група.

Емпирично беше показано също, че глюкозата има неразклонена въглеродна верига. Въз основа на тези данни структурата на молекулата на глюкозата може да бъде изразена със следната формула:

Както може да се види от формулата, глюкозата е както многовалентен алкохол, така и алдехид, т.е. алдехиден алкохол.

Допълнителни изследвания показват, че в допълнение към молекулите с отворена верига, молекулите с циклична структура са характерни за глюкозата. Това се дължи на факта, че молекулите на глюкозата, поради въртенето на въглеродните атоми около връзките, могат да приемат огъната форма и хидроксилната група на 5 въглерод може да се приближи до хидроксилната група. В последния под действието на хидроксилната група α-връзката се разкъсва. Към свободната връзка се добавя водороден атом и се образува шестчленен пръстен, в който алдехидната група отсъства. Доказано е, че във воден разтвор има и двете форми на молекулите на глюкозата - алдехидни и циклични, между които се установява химично равновесие:

В глюкозните молекули с отворена верига алдехидната група може свободно да се върти около α-връзката, която се намира между първия и втория въглероден атом. В цикличните молекули такова въртене не е възможно. Поради тази причина цикличната форма на една молекула може да има различна пространствена структура:

а)?- форма на глюкоза- хидроксилни групи (-OH) при първия и втория въглероден атом са разположени от едната страна на пръстена.

б)

° С)b- форма на глюкоза- хидроксилните групи са разположени от противоположните страни на пръстена на молекулата.

Физически свойства. Глюкозата е безцветно кристално вещество със сладък вкус, силно разтворимо във вода. Кристализира от воден разтвор. По-малко сладък от захарта от цвекло.

Химични свойства. Глюкозата има химичните свойства на алкохолите (хидроксилна (-OH) група) и алдехидите (алдехидна група (-CHO)).Освен това има някои специфични свойства.

1. Свойства, характерни за алкохолите:

а) взаимодействие с меден (II) оксид:

C 6 H 12 O 6 + Cu(OH) 2 > C 6 H 10 O 6 C u + H 2 O

меден (II) алкохолат

б) взаимодействие с карбоксилни киселини за образуване на естери (реакция на естерификация).

C 6 H 12 O 6 + 5CH 3 COOH> C 6 H 7 O 6 (CH 3 CO) 5

2. Свойства, характерни за алдехидите

а)взаимодействие със сребърен оксид (I) в разтвор на амоняк (реакция на "сребърно огледало") :

C 6 H 12 O 6 + Ag2O> C 6 H 12 O 7 + 2Agv

глюкоза глюконова киселина

б) редукция (хидрогениране) - до шестводен алкохол (сорбитол):

C 6 H 12 O 6 + H 2 > C 6 H 14 O 6

глюкозен сорбитол

3. Специфични реакции - ферментация:

а) алкохолна ферментация (под действието на дрожди) :

C6H12O6 > 2C2H5OH + 2CO2

глюкоза етилов алкохол

б) млечнокисела ферментация (под действието на млечнокисели бактерии) :

С6Н12О6 > С3Н6О3

глюкоза млечна киселина

в) маслена ферментация :

С6Н12О6 > С3Н7СООН + 2Н2 + 2СО2

глюкоза маслена киселина

Получаване на глюкоза. Първият синтез на най-простите въглехидрати от формалдехид в присъствието на калциев хидроксид е извършен от A.M. Бутлеров през 1861 г.:

sa(he)2

6HSON > C6H12O6

лукоза формалдехид

В производството глюкозата най-често се получава чрез хидролиза на нишесте в присъствието на сярна киселина:

H2SO4

(С6Н10О5)n + nН2О > nC6H12O6

глюкоза нишесте

Използването на глюкоза.Глюкозата е ценен хранителен продукт. В организма той претърпява сложни биохимични трансформации, в резултат на които се освобождава натрупаната в процеса на фотосинтеза енергия. Опростено, процесът на окисляване на глюкозата в тялото може да се изрази със следното уравнение:

C6H12O6 + 6O2> 6CO2 + 6H 2 O + Q

Тъй като глюкозата се усвоява лесно от тялото, тя се използва в медицината като укрепващо средство. Глюкозата се използва широко в сладкарството (мармалад, карамел, меденки).

От голямо значение са процесите на ферментация на глюкозата. Така например при мариноване на зеле, краставици, мляко се получава млечнокисела ферментация на глюкоза, точно както при силажиране на фураж. Ако силажираната маса не е достатъчно уплътнена, под въздействието на проникналия въздух настъпва маслена ферментация и фуражът става негоден за използване.

В практиката се използва и алкохолна ферментация на глюкоза, например при производството на бира.

Да бъдеш сред природата и човешкото тяло. В човешкото тяло глюкозата се намира в мускулите, в кръвта и в малки количества във всички клетки. Много глюкоза се намира в плодовете, плодовете, цветния нектар, особено в гроздето.

В природатаГлюкозата се образува в растенията в резултат на фотосинтеза в присъствието на зелено вещество - хлорофил, съдържащ магнезиев атом. В свободна форма глюкозата се намира в почти всички органи на зелените растения. Той е особено изобилен в гроздовия сок, поради което глюкозата понякога се нарича гроздова захар. Медът се състои главно от смес от глюкоза и фруктоза.

2. Дизахариди

Дизахаридите са кристални въглехидрати, чиито молекули са изградени от остатъците на две свързани заедно монозахаридни молекули.

Най-простите представители на дизахаридите са обикновената цвеклова или тръстикова захар - захароза, малцова захар - малтоза, млечна захар - лактоза и целобиоза. Всички тези дизахариди имат една и съща формула C12H22O11.

захароза

Основни понятия. Структурата на молекулата. Експериментално е доказано, че молекулната формула на захарозата е C12H22O11. При изучаване на химичните свойства на захарозата може да се убеди, че тя се характеризира с реакция на многовалентни алкохоли: при взаимодействие с меден (II) хидроксид се образува ярко син разтвор. Реакцията на "сребърно огледало" със захароза се проваля. Следователно неговата молекула съдържа хидроксилни групи, но не и алдехид.

Но ако разтворът на захарозата се нагрява в присъствието на солна или сярна киселина, тогава се образуват две вещества, едното от които, подобно на алдехидите, реагира както с амонячен разтвор на сребърен (I) оксид, така и с меден (II) хидроксид. Тази реакция доказва, че в присъствието на минерални киселини захарозата претърпява хидролиза и в резултат на това се образуват глюкоза и фруктоза. Това потвърждава, че молекулите на захарозата се състоят от взаимно свързани остатъци от молекули на глюкоза и фруктоза.

физични свойства. Чистата захароза е безцветно кристално вещество със сладък вкус, силно разтворимо във вода.

Химични свойства. Основното свойство на дизахаридите, което ги отличава от монозахаридите, е способността да се хидролизират в кисела среда (или под действието на ензими в организма):

C 12 H 22 O 11 + H2O> C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

захароза глюкоза фруктоза

Глюкозата, образувана по време на хидролиза, може да бъде открита чрез реакцията на "сребърно огледало" или чрез взаимодействието й с меден (II) хидроксид.

Получаване на захароза. Захароза C12 H22 O11 (захар) се получава главно от захарно цвекло и захарна тръстика. При производството на захароза не се извършват химически трансформации, тъй като тя вече присъства в естествените продукти. Той се изолира от тези продукти само възможно най-чист.

Процесът на изолиране на захароза от захарно цвекло:

Обеленото захарно цвекло се превръща в тънък чипс в механични резачки за цвекло и се поставя в специални съдове - дифузери, през които се пропуска гореща вода. В резултат на това почти цялата захароза се измива от цвеклото, но заедно с нея в разтвора преминават различни киселини, протеини и оцветители, които трябва да бъдат отделени от захарозата.

Разтворът, образуван в дифузорите, се обработва с варно мляко.

C 12 H 22 O 11 + Ca(OH) 2 > C 12 H 22 O 11 2CaO H 2 O

Калциевият хидроксид реагира с киселините, съдържащи се в разтвора. Тъй като калциевите соли на повечето органични киселини са умерено разтворими, те се утаяват. Захарозата, от друга страна, с калциев хидроксид образува разтворима захароза от алкохолатен тип - C 12 H 22 O 11 2 CaO H 2 O

3. За да се разложи получената калциева захароза и да се неутрализира излишъкът от калциев хидроксид, през техния разтвор се пропуска въглероден оксид (IV). В резултат на това калцият се утаява под формата на карбонат:

C 12 H 22 O 11 2CaO H 2 O + 2CO 2 > C 12 H 22 O 11 + 2CaCO 3 v 2H 2 O

4. Полученият след утаяването на калциевия карбонат разтвор се филтрува, след това се изпарява във вакуум апарат и захарните кристали се отделят чрез центрофугиране.

Въпреки това, не е възможно да се изолира цялата захар от разтвора. Остава кафяв разтвор (меласа), който съдържа до 50% захароза. Меласата се използва за производството на лимонена киселина и някои други продукти.

5. Изолираната гранулирана захар обикновено има жълтеникав цвят, тъй като съдържа оцветители. За да се разделят, захарозата се разтваря отново във вода и полученият разтвор се прекарва през активен въглен. След това разтворът отново се изпарява и се подлага на кристализация. (вижте приложение 2)

Използването на захароза. Захарозата се използва главно като хранителен продукт и в сладкарската промишленост. Чрез хидролиза от него се получава изкуствен мед.

Среща се в природата и човешкото тяло. Захарозата е съставна част на сока от захарно цвекло (16-20%) и захарна тръстика (14-26%). В малки количества се намира заедно с глюкозата в плодовете и листата на много зелени растения.

3. Полизахариди

Някои въглехидрати са естествени полимери, състоящи се от много стотици и дори хиляди монозахаридни единици, които са част от една макромолекула. Следователно тези вещества се наричат ​​полизахариди. Най-важните полизахариди са нишестето и целулозата. И двете се образуват в растителните клетки от глюкоза, основният продукт на процеса на фотосинтеза.

нишесте

Основни понятия. Структурата на молекулата. Експериментално е доказано, че химичната формула на нишестето е (C6 H10 O5)n, където Пдостига няколко хиляди. Нишестето е естествен полимер, чиито молекули се състоят от отделни C6 H10 O5 единици. Тъй като по време на хидролизата на нишестето се образува само глюкоза, може да се заключи, че тези връзки са остатъци от молекули ? - глюкоза.

Учените са успели да докажат, че макромолекулите на нишестето се състоят от остатъци от циклични глюкозни молекули. Процесът на образуване на нишесте може да бъде представен по следния начин:

Освен това е установено, че нишестето се състои не само от линейни молекули, но и от молекули с разклонена структура. Това обяснява гранулираната структура на нишестето.

физични свойства. Нишестето е бял прах, неразтворим в студена вода. В гореща вода набъбва и образува каша. За разлика от моно- и олигозахаридите, полизахаридите нямат сладък вкус.

Химични свойства.

1) Качествена реакция към нишесте.

Характерната реакция на нишестето е взаимодействието му сthода.Ако разтвор на йод се добави към охладена паста от нишесте, се появява син цвят. При нагряване пастата изчезва, а при охлаждане се появява отново. Това свойство се използва при определяне на нишесте в хранителни продукти. Така например, ако капка йод се постави върху резен картоф или парче бял хляб, тогава се появява син цвят.

2) Реакция на хидролиза:

(C 6 H 6 O 5) n + nH 2 O > nC 6 H 12 O 6

Получаване на нишесте.В промишлеността нишестето се получава главно от картофи, ориз или царевица.

Приложение на нишесте. Нишестето е ценен хранителен продукт. За да се улесни усвояването му, храните, съдържащи нишесте, се излагат на високи температури, т.е. картофите се варят, хлябът се пече. При тези условия настъпва частична хидролиза на нишестето и декстрини,разтворим във вода. Декстрините в храносмилателния тракт претърпяват допълнителна хидролиза до глюкоза, която се абсорбира от тялото. Излишната глюкоза се превръща в гликоген(животински нишесте). Съставът на гликогена е същият като този на нишестето, но молекулите му са по-разклонени. Особено много гликоген се намира в черния дроб (до 10%). В тялото гликогенът е резервно вещество, което се превръща в глюкоза, докато се консумира в клетките.

AT индустриянишестето се превръща в меласаи глюкоза.За да направите това, той се нагрява с разредена сярна киселина, чийто излишък след това се неутрализира с креда. Образуваната утайка от калциев сулфат се филтрува, разтворът се изпарява и се отделя глюкоза. Ако хидролизата на нишестето не е завършена, тогава се образува смес от декстрини с глюкоза - меласа, която се използва в сладкарската промишленост. Произведени от нишесте, декстрините се използват като лепило за сгъстяване на боите при рисуване на шарки върху плат.

Нишестето се използва за колосане на дрехи. Под гореща ютия настъпва частична хидролиза на нишестето и то се превръща в декстрини. Последните образуват плътен филм върху тъканта, който придава блясък на тъканта и я предпазва от замърсяване.

Среща се в природата и човешкото тяло. Нишестето, като един от продуктите на фотосинтезата, е широко разпространено в природата. За различни растениятой е резервен хранителен материал и се намира главно в плодовете, семената и грудките. Най-богати на нишесте са зърната на житните растения: ориз (до 86%), пшеница (до 75%), царевица (до 72%), както и картофени клубени (до 24%). В грудките нишестените зърна плуват в клетъчен сок, така че картофите са основната суровина за производството на нишесте. В зърнените култури частиците нишесте са плътно залепени с протеиново вещество, наречено глутен.

За човешкото тялонишестето, заедно със захарозата, служи като основен доставчик на въглехидрати - един от най-важните компоненти на храната. Под действието на ензими нишестето се хидролизира до глюкоза, която се окислява в клетките до въглероден диоксид и вода с освобождаване на енергия, необходима за функционирането на живия организъм. От хранителните продукти най-голямо количество нишесте има в хляба, макароните и други продукти от брашно, зърнените култури и картофите.

Целулоза

Вторият най-често срещан полизахарид в природата е целулозата или фибрите (вижте Приложение 4).

Основни понятия. Структурата на молекулата.

Формулата на целулозата, подобно на нишестето, е (C 6 H 10 O 5) n, елементарната връзка на този естествен полимер също са остатъци от глюкоза. Степента на полимеризация на целулозата е много по-висока от тази на нишестето.

Макромолекулите на целулозата, за разлика от нишестето, се състоят от остатъци от молекули b-глюкози и имат само линейна структура. Макромолекулите на целулозата са разположени в една посока и образуват влакна (лен, памук, коноп).

физични свойства. Чистата целулоза е бяло твърдо вещество с влакнеста структура. Той е неразтворим във вода и органични разтворители, но лесно разтворим в амонячен разтвор на меден (II) хидроксид. Както знаете, целулозата няма сладък вкус.

Химични свойства.

1) Изгаряне. Целулозата гори лесно, за да образува въглероден диоксид и вода.

(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 > nCO 2 + nH 2 O + Q

2) Хидролиза.За разлика от нишестето, фибрите трудно се хидролизират. Само много дълго кипене във водни разтвори на силни киселини води до забележимо разделяне на макромолекулата до глюкоза:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O > nC 6 H 12 O 6

3) Образуване на естери. Всяка елементарна единица на целулозната молекула има три хидроксилни групи, които могат да участват в образуването на естери както с органични, така и с неорганични киселини.

Целулозни нитрати. При обработката на целулозата със смес от концентрирани азотна и сярна киселини (нитруваща смес) се образуват целулозни нитрати. В зависимост от реакционните условия и съотношението на реагентите може да се получи продукт с две (динитрат) или три (тринитрат) хидроксилни групи

Получаване на целулоза. Пример за почти чиста целулоза е памучната вата, получена от рафиниран памук. По-голямата част от целулозата се изолира от дървесината, в която се съдържа заедно с други вещества. Най-разпространеният метод за производство на целулоза у нас е т. нар. сулфитен метод. Съгласно този метод, нарязана дървесина в присъствието на разтвор на калциев хидросулфит или натриев хидросулфит се нагрява в автоклави при налягане 0,5-0,6 MPa и температура 150 ° C. В този случай всички други вещества се унищожават и целулозата се освобождава в относително чиста форма. Измива се с вода, изсушава се и се изпраща за по-нататъшна обработка, предимно за производство на хартия.

Използването на целулоза. Целулозата се използва от човека от много древни времена. Приложението му е много разнообразно. От целулоза се произвеждат множество изкуствени влакна, полимерни филми, пластмаси, бездимен барут, лакове. Голямо количество целулоза отива за производството на хартия. Продуктите за естерификация на целулоза са от голямо значение. Така, например, от целулозен ацетатполучават ацетатна коприна. За да направите това, триацетилцелулозата се разтваря в смес от дихлорометан и етанол. Полученият вискозен разтвор се прокарва през центрофугите - метални капачки с множество дупки. Тънки струи разтвор се спускат в шахтата, през която нагрятият въздух преминава в противоток. В резултат на това разтворителят се изпарява и триацетилцелулозата се освобождава под формата на дълги нишки, от които чрез предене се произвежда ацетатна коприна.Целулозният ацетат се използва и при производството на незапалими филми и органични стъкла, пропускащи ултравиолетовите лъчи.

Тринитроцелулоза(пироксилин) се използва като експлозив и за производството на бездимен барут. За да направите това, тринитроцелулозата се разтваря в етилацетат или ацетон. След изпаряване на разтворителите, компактната маса се раздробява и се получава бездимен барут. В исторически план това е първият полимер, от който е направена промишлена пластмаса, целулоид. Преди това пироксилинът е бил използван за направата на филмови и фотографски филми и лакове. Основният му недостатък е лесната му запалимост с образуване на токсични азотни оксиди.

Динитроцелулоза(колоксилин) също се използва за получаване колодий.За тези цели се разтваря в смес от алкохол и етер. След изпаряване на разтворителите се образува плътен филм – колодий, използван в медицината. Днитроцелулозата се използва и при производството на пластмаси целулоид.Получава се чрез сливане на динитроцелулоза с камфор.

Среща се в природата и човешкото тяло. Целулозата е основната част от растителните стени. Сравнително чиста целулоза са влакната от памук, юта и коноп. Дървото съдържа 40 до 50% целулоза, сламата - 30%. Растителната целулоза служи като хранително вещество за тревопасните животни, чиито тела имат ензими, разделящи фибрите. Целулозата, подобно на нишестето, се образува в растенията по време на фотосинтезата. Той е основният компонент на обвивката на растителните клетки; откъдето идва и името й - целулоза ("целулус" - клетка).Памучните влакна са почти чиста целулоза (до 98%). Ленените и конопените влакна също са съставени основно от целулоза. Дървесината му съдържа приблизително 50 %.

Заключение

Биологичното значение на въглехидратите е много високо:

1. Въглехидратите изпълняват пластична функция, тоест участват в изграждането на костите, клетките, ензимите. Те съставляват 2-3% от теглото.

2. Въглехидратите изпълняват две основни функции: строителна и енергийна. Целулозата образува стените на растителните клетки. Сложният полизахарид хитин е основният структурен компонент на екзоскелета на членестоногите. Хитинът изпълнява и градивна функция при гъбите.

3. Въглехидратите са основният енергиен материал (виж). При окисляване на 1 грам въглехидрати се отделят 4,1 kcal енергия и 0,4 kcal вода. Нишестето в растенията и гликогенът в животните се съхраняват в клетките и служат като енергиен резерв.

4. Кръвта съдържа (0,1-0,12%) глюкоза. Осмотичното налягане на кръвта зависи от концентрацията на глюкоза.

5. Пентозата (рибоза и дезоксирибоза) участват в образуването на АТФ.

В ежедневната диета на хората и животните преобладават въглехидратите. Животните получават нишесте, фибри, захароза. Месоядните получават гликоген от месото.

ежедневна човешка нуждав захари е около 500 грама, но се попълва главно благодарение на нишестето, съдържащо се в хляба, картофите, тестените изделия. При балансирана диета дневната доза захароза не трябва да надвишава 75 грама (12 - 14 стандартни парчета захар, включително тази, използвана за готвене).

В допълнение, въглехидратите играят значителна роля в съвременната индустрия - технологиите и продуктите, които използват въглехидрати, не замърсяват околната среда, не й вредят.

Приложения.

Приложение 1:

Приложение 2

История на откриването и производствотозахар от цвекло

Индия се счита за родното място на захарната тръстика (думата "захар" също е "родена" от Индия: "сахара" на езика на един от древните народи на полуострова първоначално означаваше просто "пясък", а след това - "гранулиран" захар“). От Индия това растение е отнесено в Египет и Персия; оттам, през Венеция, захарта дойде в европейските страни. Дълго време беше много скъпо и се смяташе за лукс.

Цвеклото се отглежда от древни времена. В древна Асирия и Вавилон цвеклото се отглежда още 1,5 хил. години пр.н.е. Култивираните форми на цвеклото са известни в Близкия изток от 8-6 век. пр.н.е. А в Египет цвеклото служи като основна храна на робите. И така, от диви форми на цвекло, благодарение на подходяща селекция, постепенно се създават сортове фуражно, трапезно и бяло цвекло. От белите сортове трапезно цвекло са отгледани първите сортове захарно цвекло.

Появата на нова алтернатива на тръстиката, захарозата, се свързва от историците на науката с забележителното откритие на немския учен-химик, член на Пруската академия на науките A.S. Марграф (1705-1782). В доклад на среща на Берлинската академия на науките през 1747 г. той очертава резултатите от експерименти за получаване на кристална захар от цвекло.

Получената захар, според Маргграф, не отстъпваше по вкус на тръстикова захар. Маргграф обаче не вижда широки перспективи за практическото приложение на своето откритие.

По-нататък в проучването и изучаването на това откритие отиде ученик на Marggraf - F.K. Ашард (1753-1821). От 1784 г. той активно се заема с усъвършенстването, по-нататъшното развитие и прилагането на откритието на своя учител.

Ачард отлично разбираше, че едно от най-важните условия за успеха на нов, много обещаващ бизнес е подобряването на суровината - цвеклото, т.е. увеличаване на съдържанието на захар. Още през 1799 г. творбите на Ахард се увенчават с успех. Появи се нов клон на култивираното цвекло - захарно цвекло. През 1801 г. в имението си в Кучерне (Силезия) Ахард построява една от първите захарни фабрики в Европа, където усвоява производството на захар от цвекло.

Комисия, изпратена от Парижката академия на науките, направи проучване на завода в Ахард и стигна до извода, че производството на захар от цвекло е нерентабилно.

Само единствените английски индустриалци по това време, които бяха монополисти в производството и продажбата на тръстикова захар, видяха сериозен конкурент в захарното цвекло и няколко пъти предложиха на Ахард големи суми при условие, че той откаже да изпълнява работата си и публично декларира, безсмислието на производството на захар от цвекло.

Но Ашар, който твърдо вярваше в перспективите на новата захарна фабрика, не направи компромис.От 1806 г. Франция изостави производството на захар от тръстика и премина към захар от цвекло, което с течение на времето става все по-разпространено. Наполеон оказа голяма подкрепа на онези, които проявиха желание да отглеждат цвекло и да произвеждат захар от него, т.к. видя в развитието на нова индустрия възможността за едновременно развитие на селското стопанство и индустрията

Стар руски метод за получаване на захар от растения, съдържащи захароза

Този прост метод за получаване на захар е предназначен специално за домашна употреба. Методът съдържа елементи от стари руски рецепти за получаване на захар, включително методите, предложени през 1850-1854 г. от инженер Толпигин. Суровините за производството на захар са растения - захарози, съдържащи захароза. За да получите захар, трябва да използвате горски плодове, плодове, зеленчуци с най-високо съдържание на захар, т.е. най-сладкото.

Последователността за получаване на захар е следната:

1. Смилане на продукта;

2. Получаване на сок;

3. Отделяне от примеси;

4. Кондензация на сок до сироп;

5. Извличане на кристална захар.

Първи етап: И така, превръщането на продукт, съдържащ захар в захар, се основава на извличане на сок от него.

Ако използвате нежни плодове (горски ягоди, ягоди и други горски плодове), тогава е достатъчно да ги намачкате. Ако това са например кайсии, праскови, тогава те трябва да бъдат счупени, костите да бъдат отстранени. Ако се използва диня или пъпеш, тогава съдържанието на плода се отстранява от черупката и се освобождава от семената. Препоръчват се и прясно набрани плодове, като плодовете трябва да се държат 2-3 часа преди това, за да се увеличи добивът на сок. Ако е захарно цвекло, ябълки или моркови и др., Продуктът се натрошава на стърготини. Колкото по-тънък и дълъг е чипсът, толкова повече фактори благоприятстват неговата дезакаризация. Добрите чипове се препоръчват с ширина на лентата 2-3 мм и дебелина 1-1,5 мм.

Втора фаза: Натрошеният продукт се залива с вода до пълното му покриване и се вари при температура 70-72°С. Ако температурата е под 70°C, тогава възможните микроби не са убити, ако е над 72°C, тогава чипсът започва да се размеква.

Време за готвене 45-60 минути с бъркане с дървена шпатула. Захарта от чипса се превръща във вода, която става сок. Стърготини след извличане на захар от тях се наричат ​​пулп. От пулпата се изстисква сок и пулпата се отстранява.

Трети етап: Полученият сок има тъмен цвят и високо съдържание на примеси. Тъмното оцветяване, ако не се третира, се прехвърля върху захарните кристали. Ако на този етап изпарите водата от сока, ще получите захар, но тя ще има вкуса на оригиналния продукт, цвета и мириса. Сокът е кисел, така че трябва да се неутрализира. Ако това не се направи, сокът ще се разпенва силно по време на изпаряването и по този начин ще усложни този процес. Най-евтиният начин за почистване на сока е обработката му с прегорена гасена вар SA (OH) 2 . В сока, загрят до 80-90 ° C, добавете вар (в крайни случаи можете да използвате строителна вар). За 10 литра сок са необходими приблизително 0,5 кг лайм. Лаймът трябва да се добавя постепенно, като непрекъснато се разбърква сокът. Оставете разтвора да престои 10 минути. След това, за да се утаи вар, въглеродният диоксид CO 2 трябва да премине през сока. Можете да използвате въглероден диоксид от кутии за битови сифони (за получаване на газирана вода), индустриални газови бутилки за сатуратори или от пожарогасители от серията OU и OVP. Газът от туба се подава през тръба към долната част на съда с горещ сок. В края на тръбата трябва да монтирате пръскачка (дифузьор) с много малки отвори за по-ефективно използване на газта. Още по-добър резултат може да се постигне чрез едновременно разбъркване на разтвора. Доброто газово разпръскване гарантира висока степен на използване на газа и съкращава времето на процеса (около 10 минути). Разтворът трябва да се утаи, след което да се филтрира. По-ефективни са филтрите, използващи активен въглен или костен въглен. Но в крайни случаи можете да използвате филтър от плат.

За окончателното избистряне на сока и премахването на миризмата на суровините предлагам руски доказан метод. Серният диоксид SO 2 трябва да бъде прекаран през сока. Важно е да се третира със серен диоксид точно преди изпаряване, т.к. действието на газа се отразява и на изпарението, което допринася за по-малкото потъмняване на сиропа. Необходимо е да има сяра. Сярата се топи при нагряване и смесване с въздуха се образува серен диоксид. Старите майстори са използвали два херметични съда, свързани с тръба. В едната - вода, в другата беше положена сяра. От съда със сяра излезе 2-ра тръба към дифузера на дъното на контейнера със сок. Когато и двата съда се нагряват, водните пари, преминавайки през тръбата, изместват серен диоксид от втория съд и влизат в дифузера. Дифузьорът може да се вземе същият.

Тази схема може да бъде донякъде опростена: вземете само един съд със сяра, свържете аквариумен компресор или друга помпа към входната му тръба и издухайте натрупващия се в съда газ със сяра с въздух. Продухването с газ трябва да се извърши до пълното избистряне на сока. За да ускорите процеса, по-добре е да смесите сока едновременно. Серният диоксид излиза без следа от разтвора в отворен съд, но работата трябва да се извършва в добре проветриво помещение.

Серният диоксид SO 2 е най-добрият антисептик. Той силно корозира метални съдове, така че трябва да се използват емайлирани. Много голямо предимство на този газ, което до голяма степен покрива недостатъците му, е възможността за пълното му отстраняване от продукта. Когато продукт, обработен със серен диоксид, се нагрява, последният се изпарява, без да оставя мирис или вкус. Газта се използва широко в консервните фабрики за консервиране на различни продукти.

Сярата може да се купи в магазин за хардуер или градинарство и се продава там като "Garden Sulphur" - съдържа 99,9% сяра. Ако не сте успели да намерите сяра, не се обезсърчавайте. Вашата захар няма да бъде толкова бяла, тя ще запази сянката на оригиналния продукт, но няма да бъде по-лоша от бялата на вкус.

Четвърти етап: Следващият етап е сгъстяването на пречистения и обезцветен сок в сироп. Необходимо е да се отстрани голямо количество вода от сока. Най-добрият начин да направите това е като изпарите сока на руска печка, на слаб огън на котлона, в никакъв случай не довеждайте сиропа до кипене (за да избегнете потъмняването му).

В процеса на изпаряване сиропът се сгъстява все повече и повече. Ако свръхнаситен разтвор, който няма захарни кристали, се посява с няколко грама пудра захар, това ще предизвика образуването на нови кристали. Определянето на момента на навиване в праховия разтвор е много важно и се състои в следния най-прост метод: капка сироп, притисната между пръстите, образува тънка нишка (косъм), когато те се раздалечат, след което идва моментът на засяване. За 10 литра сироп количеството семена ще бъде половин чаена лъжичка прах. Ако започнете малко прах, тогава кристалите на получената захар ще бъдат големи, ако много - малки. Достатъчно количество кристали се образува приблизително 10-15 минути след посяването. По-нататъшната кристализация трябва да се извърши при непрекъснато охлаждане и разбъркване на продукта,

Полученият продукт се нарича "маска", съдържа до 7-10% вода и 50-60% кристализирана захар и междукристална течност (меласа).

Пети етап: Следващата операция е отделянето на кристалите от меласата. След края на кристализацията цялата маса трябва да се разтовари в тъкан с клетка от 0,3 mm, окачена от ъглите в един възел над контейнер за източване на меласа. В същото време се опитайте да изстискате масата. За да се увеличи процентът на добива на захар, меласата е най-добре да се използва повторно като добавка към сиропа.

Захарта след отцеждането на меласата става жълтеникава на цвят. След това можете да използвате метода на интервала, който се оказа отличен през 1854 г. и предложен от инженера Толпигин. Този метод, въведен в Русия, бързо се разпространи в световната захарна индустрия и беше наречен "руски". Сега методът е незаслужено забравен. Състои се в задушаване на маскеюта с пара и ви позволява да получите висококачествена бяла захар. Кърпата със захар трябва да се завърже плътно върху леген с малко количество вряща вода. Парата, издигайки се, ще премине през захарта, изчиствайки я от бялата меласа. Получената бяла захар, дори когато е мокра на пипане, ще се съсири по време на съхранение и ще се превърне в твърда бучка. Ето защо, преди дългосрочно съхранение, захарта трябва да се изсуши.

Характеристики на производството на захар

Производството на захар се отнася до непрекъснато механизирано производство с високо ниво на автоматизация на основните процеси.

Особеността на териториалното разположение на захарните фабрики е тяхната твърда връзка с площта на захарното цвекло, тъй като транспортирането на захарно цвекло на дълги разстояния е икономически неефективно. В някои случаи захарните заводи имат собствени посевни площи, разположени непосредствено до предприятието. Отпадъците от захарната промишленост (целулоза, бард, дефекационна кал) могат да се използват като тор, в някои случаи - като храна за добитък.

Приложение 3

Въглехидратите са най-важният източник на енергия за тялото

От всички хранителни вещества, консумирани от хората, въглехидратите несъмнено са основният източник на енергия. Средно те съставляват 50 до 70% от дневния калориен прием. Въпреки факта, че човек консумира значително повече въглехидрати, отколкото мазнини и протеини, техните резерви в тялото са малки. Това означава, че доставянето им на организма трябва да е редовно.

Основните въглехидрати в храната са сложни захари, така наречените полизахариди: нишесте и гликоген, изградени от голям брой глюкозни остатъци. Самата глюкоза се намира в големи количества в гроздето и сладките плодове. Освен глюкоза, медът и плодовете съдържат значително количество фруктоза. Обикновената захар, която купуваме в магазините, се отнася до дизахариди, тъй като нейната молекула е изградена от остатъци от глюкоза и фруктоза. Млякото и млечните продукти съдържат големи количества по-малко сладка, млечна захар - лактоза, която наред с глюкозата включва и монозахарида галактоза.

Нуждата от въглехидрати до голяма степен зависи от енергийния разход на организма. Средно при възрастен мъж, занимаващ се предимно с умствен или лек физически труд, дневната нужда от въглехидрати варира от 300 до 500 г. При физически работници и спортисти тя е много по-висока. За разлика от протеините и до известна степен мазнините, количеството въглехидрати в диетите може да бъде значително намалено без вреда за здравето. Тези, които искат да отслабнат, трябва да обърнат внимание на това: Въглехидратите имат предимно енергийна стойност. При окисляване на 1 g въглехидрати в организма се отделят 4,0 - 4,2 kcal. Затова за тяхна сметка е най-лесно да регулирате приема на калории.

Кои храни трябва да се считат за основни източници на въглехидрати?Много растителни храни са най-богати на въглехидрати: хляб, зърнени храни, тестени изделия, картофи. Нетният въглехидрат е захарта. Медът, в зависимост от произхода, съдържа 70-80% моно- и дизахариди. Високата му сладост се дължи на значителното съдържание на фруктоза, чиито сладки свойства са около 2,5 пъти по-високи от глюкозата и 1,5 пъти по-високи от захарозата. Бонбони, сладкиши, торти, конфитюри, сладолед и други сладкиши са най-привлекателните източници на въглехидрати и представляват несъмнена опасност за хората, които напълняват. Отличителна черта на тези продукти е високото им съдържание на калории и ниското съдържание на основни хранителни фактори.

Групата на въглехидратите е тясно съседна на веществата, намиращи се в повечето растителни продукти, слабо усвоими от човешкото тяло - фибри и пектини.

Най-важните източници на въглехидрати

Продукти
ръжен хляб
пшеничен хляб
елда
Грис
картофи
Бяло зеле
Гроздов

Приложение 4

Целулозае полизахарид, който е част от масивните мембрани на растителните клетки. Големи количества от него се намират в много зеленчуци, плодове, листа и стъбла на растения. Само малка част от фибрите могат да бъдат усвоени в човешкото тяло под въздействието на микроорганизми в червата. Следователно фибрите и пектините преминават предимно през стомашно-чревния тракт непроменени. Но те играят важна роля - хранителните маси се движат по-бързо по червата. Поради това на тези, които искат да отслабнат, се препоръчва да ядат много зеленчуци и плодове. Голямо количество баластни вещества има в пълнозърнестия хляб, както вече споменахме, в различни зеленчуци, плодове, особено цвекло, моркови и сини сливи.

Препратки

1. Органична химия: Учебно издание за 10 кл. ср. училище - Москва, Просвещение, 1993 г

2. Електронна енциклопедия на Кирил и Методий, 2004г

3. Наръчник на ученика, том II, Амфора, 2002г

4. Интернет сайтове: търсачки www. нигма. en, www. ръмблер. en.

5. Биология. Въведение в общата биология и екология. 9 клас (2003). Дропла А.А.

Подобни документи

Органична материя, съдържаща въглерод, кислород и водород. Общата формула за химичния състав на въглехидратите. Строеж и химични свойства на монозахаридите, дизахаридите и полизахаридите. Основните функции на въглехидратите в човешкото тяло.

презентация, добавена на 23.10.2016 г


Формула на въглехидратите, тяхната класификация. Основните функции на въглехидратите. Синтез на въглехидрати от формалдехид. Свойства на монозахаридите, дизахаридите, полизахаридите. Хидролиза на нишесте под действието на ензими, съдържащи се в малца. Алкохолна и млечнокисела ферментация.

презентация, добавена на 20.01.2015 г


Обща характеристика, класификация и номенклатура на монозахаридите, структурата на техните молекули, стереоизомерия и конформации. Физични и химични свойства, окисление и редукция на глюкоза и фруктоза. Образуване на оксими, гликозиди и хелатни комплекси.

курсова работа, добавена на 24.08.2014 г


Структурата на въглехидратите. Механизмът на трансмембранния транспорт на глюкоза и други монозахариди в клетката. Монозахариди и олигозахариди. Механизмът на абсорбция на монозахаридите в червата. Фосфорилиране на глюкоза. Дефосфорилиране на глюкозо-6-фосфат. Синтез на гликоген.

презентация, добавена на 22.12.2014 г


Класификация на въглехидратите (монозахариди, олигозахариди, полизахариди) като най-често срещаните органични съединения. Химични свойства на веществото, неговата роля в храненето като основен източник на енергия, характеристики и място на глюкозата в човешкия живот.

резюме, добавено на 20.12.2010 г


Общата формула на въглехидратите, тяхното основно биохимично значение, разпространение в природата и роля в човешкия живот. Видове въглехидрати по химична структура: прости и сложни (моно- и полизахариди). Продуктът от синтеза на въглехидрати от формалдехид.

тест, добавен на 24.01.2011 г


Въглехидратите са въглехидрати. Най-простите въглехидрати се наричат ​​монозахариди, а при хидролизата на които се образуват две молекули монозахариди се наричат ​​дизахариди. Често срещан монозахарид е D-глюкозата. Трансформацията на въглехидратите - епимеризация.

резюме, добавено на 02/03/2009


резюме, добавено на 21.02.2009 г


Концепцията за хетероцикличните съединения, тяхната същност и характеристики, основни химични свойства и обща формула. Класификация на хетероцикличните съединения, разновидности, отличителни черти и методи за получаване. Реакции на електрофилно заместване.

резюме, добавено на 21.02.2009 г


Изследване на структурата, класификацията и физико-химичните свойства на въглехидратите. Ролята на монозахаридите в процеса на дишане и фотосинтеза. Биологичната роля на фруктозата и галактозата. Физиологична роля на алдозата или кетозата. Физични и химични свойства на монозахаридите.

Класификация на въглехидратите.

Въглехидрати

Монозахариди Дизахариди Полизахариди

Глюкоза Захароза Целулоза

Фруктоза Малтоза Нишесте

Рибоза Лактоза Гликоген

Дезоксирибоза

аз. Монозахариди- прости въглехидрати, с формула ( O) n .

В зависимост от броя на въглеродните атоми в молекулата монозахаридите се наричат ​​триози (3 атома), тетрози (4 атома); пентози (5 атома) - рибоза, дезоксирибоза; и хексози (6 С атома) - глюкоза, фруктоза, галактоза.

Глюкозата се намира в кръвта (0,1-0,12%) и служи като основен източник на енергия за клетките и тъканите на тялото. Рибозата и дезоксирибозата са компоненти на нуклеиновите киселини и АТФ.

II. дизахариди(олигозахариди) - захари, образувани в резултат на комбинацията от два монозахарида (хексози), със загуба на водна молекула.

Най-важните от тази група са: захароза (захар от цвекло) и малтоза (малцова захар) в растенията и лактоза в животните (млечна захар).

Дизахаридите включват ядлива захар, получена от тръстика от цвекло. Състои се от 1 молекула глюкоза и 1 молекула фруктоза.

Монозахаридите и дизахаридите са силно разтворими във вода и имат сладък вкус.

III. полизахариди- сложни въглехидрати, образувани от много монозахариди.

Обща формула ()n. Биологично най-важни са: нишесте, гликоген, целулоза, хитин. Полизахаридите са биополимери, неразтворими във вода, нямат сладък вкус.

В допълнение към полизахаридите, състоящи се от хексози, има много по-сложни дълги молекули, съдържащи амин N (например: глюкозамин), който може да бъде ацетилиран (ацетилглюкозамин) или заменен с остатъци от сярна или фосфорна киселина.

Тези сложни полизахариди представляват следните съединения:

ü неутрални полизахаридисъдържащ само ацетилглюкозамин. Пример: хитинът е поддържащото вещество на насекомите и ракообразните.

ü киселинни мукополизахаридисъдържащ остатъци от сярна и други киселини в молекулите. Пример: хепарин.

ü мукопротеини(мукоиди) и гликопротеини, представляват комплекси от ацетилглюкозамин и други въглехидрати с протеини. Пример: веществата, които са част от слюнката и секрецията на стомашната лигавица, яйчните и серумните албумини също принадлежат към гликопротеините.

Свойства и функции на въглехидратите:

1. Конструкция (конструктивна) -

ü влизат в състава на обвивките на растителните клетки (целулозата образува стените на растителните клетки) и образуват опорния скелет на растенията;

ü Хитинът е основният структурен компонент на външния скелет на членестоногите. Хитинът изпълнява и градивна функция при гъбите.

2. Енергийна функция (резерв) -

ü Въглехидратите са основният източник на енергия в клетките. При окисляване се отделя 1 g глюкоза 17,6 kJенергия;

ü нишестето е основното резервно вещество в растенията, гликогенът - в животните; служи като енергиен резерв.

Липиди.

Липидите са естери, образувани в резултат на реакция на кондензация между мастни киселини и някакъв вид алкохол.

Реакцията на кондензация е реакция, при която две вещества се комбинират, за да освободят водна молекула.

Липидите понякога се наричат ​​мазнини и мастноподобни органични съединения, които заедно с протеини и въглехидрати задължително присъстват в клетките. Всички те са хидрофобенсъединения, т.е. неразтворим във вода, но разтворим в неполярни органични разтворители (хлороформ, бензен, етер, бензин, ацетон и др.)

Навлизане на липиди в клетката:

ü в растенията се синтезират в ER канали.

ü при животните идват с храната, разграждат се и се синтезират отново в собствените им мазнини.

Ориз. Структурата на прост липид

Мазнини се съдържат в млякото на всички бозайници, при някои до 40% (при женски делфин). В някои растения голямо количество мазнини се намират в семената и плодовете (слънчоглед, орех).

Ориз. Структурата на олеиновата киселина

Липиди неса полимери, защото те не се състоят от повтарящи се единици (мономери).

липидни компоненти.

Мастна киселинанаречени "мазни", защото някои членове на тази серия са част от мазнините. Общата формула има формата R-COOH, където R е водороден атом или радикал от типа - CH 3, -C 2 H 5 и т.н.

Дълга верига от въглеродни и водородни атоми е хидрофобна въглеводородна опашка.

Понякога мастните киселини имат една или повече двойни връзки (C=C). В този случай се наричат ​​мастни киселини ненаситени . Ако няма двойни връзки, се наричат ​​киселини богат .

Ненаситените мастни киселини се топят при ниски температури. Олеиновата киселина, основният компонент на зехтина, е течна при обикновени температури (T pl = 13,4 o C), докато палмитиновата и стеаринова киселина (T pl = 63,1 o ​​C и T pl = 69,6 o C) остават твърди при тези температури .

алкохоли.Повечето липиди са триглицериди. Те съдържат алкохол глицерол.

В допълнение към мазнините клетките съдържат вещества, които подобно на мазнините имат хидрофобни свойства. Това са липоиди.

Липоиди(гръцки "lipos" - мазнина, "eidos" - изглед) - подобни на мазнини вещества, в които 1 молекула мастна киселина е заменена с.

Класификация на липидите

Естери на мастни киселини и глицеринови стероиди

(включва алкохолен холестерол)

Прост комплекс

Триглицериди Восъчни фосфолипиди

Гликолипиди

Триглицеридиса най-разпространените липиди, открити в природата. Обикновено се делят на мазнини и масла в зависимост от това дали остават твърди при стайна температура (мазнини) или са в течно състояние (масла). Точката на топене на един липид е толкова по-ниска, колкото по-голям е делът на ненаситените мастни киселини в него.

Животните, живеещи в студен климат, като рибите от арктическите морета, обикновено съдържат повече ненаситени триацилглицероли от тези, живеещи в южните ширини. Поради това тялото им остава гъвкаво дори когато температурата на околната среда намалява.

Восък- естери на мастни киселини и многовалентни алкохоли. Кожните жлези на животните са в състояние да произвеждат восък, който предпазва вълната и перата от намокряне. Пчелите изграждат пчелни пити от восък. В растенията восъците образуват защитен слой върху повърхността на плодовете и листата.

Фосфолипиди- съединения на глицерол, мастни киселини и остатък от фосфорна киселина.

Ориз. Структурата на фосфолипида.

Фосфатната глава е хидрофилна. Опашката е неразтворима във вода.

Гликолипидисъединения на липиди и въглехидрати. Гликолипидите и фосфолипидите са част от мембраните.

Стероидине съдържат мастни киселини и съдържат алкохолен холестерол.

Тази група липиди (стероли) включва жлъчни киселини, хормони на надбъбречната кора (адренокортикотропни хормони), полови хормони, витамин D. Предшественикът в синтеза на тези вещества е холестеролът. Като структурен компонент влиза в състава на всички мембрани.

Терпените са близки до стеролите, представители на които са гиберелините (вещества за растеж на растенията), каротеноиди (пигменти *), ментол и камфор (растителни етерични масла).

*Пигменти- органични вещества с различна химична структура, които могат избирателно да абсорбират светлина с определена дължина на вълната.

ü Оцветяване: придава цвят на клетките на тъканите и органите (антоцианини в растенията, меланин в животните).

ü UV защита (каротеноиди при растенията, меланин при животните).

ü Участие във фотосинтезата (хлорофил и фикобилини).

ü Транспорт и отлагане на кислород (кръвен хемоглобин и мускулен миоглобин).

ü Участие в зрителния процес (родопсин и йодопсин).

Свойства и функции на липидите:

1. Енергийна функция. Липидите осигуряват 25-30% от цялата необходима на тялото енергия. При разделяне на 1гр. мазнини нагоре и пуснати 38,9 kJенергия.

2. Резервна функция. Резервни хранителни вещества могат да бъдат капчици мазнини извън клетката. Натрупвайки се в клетките на мастната тъкан на животните, в семената и плодовете на растенията, мазнините служат като резервен източник на енергия.

Пример: зимуващи животни и растения натрупват мазнини и масла и ги консумират в процеса на живот.

3. Строителна функция (структурна) - липидите образуват двумолекулен слой, който служи за основа на външната клетъчна мембрана, от която 75-95% са фослипиди; Гликолипидите са част от мозъчните клетки и нервните клетки.

4. Топлоизолационна функция. Мазнините не провеждат топлина добре. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожната мастна тъкан, която при китовете образува слой с дебелина до 1 m.

5. Защитна функция: топло- и хидроизолация, защита от удар. Пример: Восъкът предпазва перата и животинската козина от намокряне.

6. Регулаторна функция (хормонална)

ü поради факта, че много мазнини са компоненти на витамини (A, D, E и K), следователно част от липидите участват в метаболизма.

ü Стероидните хормони регулират редица метаболитни и репродуктивни процеси.

7. Функция водоизточник.

ü При окисляване на 100 g мазнина се образуват ≈105 g вода. Тази метаболитна вода е много важна за обитателите на пустинята, особено за камилата, която може да издържи без вода 10-12 дни; мазнината, съхранявана в гърбицата му, се използва за тази цел.

ü Мечките, мармотите и други животни в зимен сън също получават необходимата за живота вода в резултат на окисляване на мазнините.

катерици.

Протеините са сложни органични съединения (биополимери), състоящи се от C, H, O и N (понякога S), мономерите на които са аминокиселини.

Протеините са с високо молекулно тегло.

Молекулно тегло (Mm) = от 5 хиляди до 1 милион далтона и повече. Например: Mm етилов алкохол = 46 D; Mm на един от яйчните протеини = 36000 D; Mm на един от мускулните протеини \u003d 1500000 D. Млечният глобулин има Mm 42000 D. Формулата му е

Навлизане на протеини в клетката:

ü в растенията се синтезира върху рибозоми от аминокиселини, които се образуват в клетките, от и карбоксилни групи, свързани с различни радикали.

ü при животните идват с храната, разграждат се до аминокиселини, които се използват за синтез на собствени протеини.

20 различни аминокиселини участват в образуването на протеини.

Аминокиселини- нискомолекулни органични съединения, които включват 1 или 2 аминогрупи (-) и 1 или 2 карбоксилни групи (-COOH), които имат съответно алкални (основни) и киселинни свойства. Това обяснява амфотерните свойства на аминокиселините, поради които те играят ролята на буферни съединения в клетките.

Класификация на аминокиселините:

1) Моноаминомонокарбоксилни: глицин (Gli), аланин (Ala), Валин(вал), левцин(леи) Изолевцин(Ил).

2) Моноаминодикарбоксилна: глутаминова киселина (Glu), аспарагинова киселина (Asp)

3) Диаминмонокарбон : Аргинин(Арг), Лизин(Лиз), Оксилизин (Оли).

4) Съдържащи хидроксил: Треонин(Tre), серин (Ser).

6) Ароматни: Фенилаланин(Fen), пирозин (Per).

7) Хетероцикличен: триптофан(три), пролин (про), оксипролин (опр), Хистидин(Неговата).

Навлизане на аминокиселини в клетката:

ü в растенията всички необходими аминокиселини се синтезират от вода и амоняк.

ü Животните и хората са загубили способността си да синтезират редица протеиногенни аминокиселини, които са станали незаменими за тях - те трябва да се доставят с храната и фуража. [отбелязано с курсив в класификацията]. Неесенциалните аминокиселини се синтезират в организма на човека и животните в процеса на биосинтеза.

Общ аминокиселинна формула:

-СН-СООН

Всички аминокиселини се различават само по радикали.

Понастоящем са известни повече от 150 естествено срещащи се аминокиселини с известни структури и функции. Пример: γ-аминомаслената киселина осигурява процеси на инхибиране в нервната система. Много аминокиселини са предшественици на витамини, А/В, хормони и други биологично активни съединения.

Повечето аминокиселини се намират в тялото в свободна форма и само 20 от тях са част от протеините. Тези аминокиселини се наричат протеинили протеиногенен(образуват протеини). Те имат присъщо свойство - способността с участието на ензими да се свързват в амино- и карбоксилни групи и да образуват полипептидни вериги.

Въглехидратите (захари, захариди) са органични вещества, съдържащи карбонилна група и няколко хидроксилни групи. Името на класа съединения идва от думите "въглеродни хидрати", за първи път е предложено от К. Шмид през 1844 г. Въглехидратите са неразделна част от клетките и тъканите на всички живи организми от флората и фауната, съставляващи (по маса) основната част от органичната материя на Земята. Източникът на въглехидрати за всички живи организми е процесът на фотосинтеза, извършван от растенията.

Структура

Всички въглехидрати са изградени от отделни "единици", които са захариди. Според способността да се хидролизират до мономери въглехидратите се делят на две групи: прости и сложни. Въглехидратите, съдържащи една единица, се наричат ​​монозахариди, две единици се наричат ​​дизахариди, от две до десет единици се наричат ​​олигозахариди, а повече от десет единици се наричат ​​полизахариди. Монозахаридите бързо повишават нивото на кръвната захар и имат висок гликемичен индекс, поради което се наричат ​​още бързи въглехидрати. Лесно се разтварят във вода и се синтезират в зелени растения. Въглехидратите, състоящи се от 3 или повече единици, се наричат ​​сложни. Храните, богати на сложни въглехидрати, постепенно увеличават съдържанието на глюкоза и имат нисък гликемичен индекс, поради което се наричат ​​още бавни въглехидрати. Сложните въглехидрати са продукти на поликондензация на прости захари (монозахариди) и, за разлика от простите, в процеса на хидролитично разцепване те могат да се разлагат на мономери, с образуването на стотици и хиляди монозахаридни молекули.

Класификация

Монозахариди - най-простите въглехидрати, които не се хидролизират, за да образуват по-прости въглехидрати - обикновено са безцветни, лесно разтворими във вода, слабо в алкохол и напълно неразтворими в етер, твърди прозрачни органични съединения, една от основните групи въглехидрати, най-простата форма на захарта .

дизахариди - сложни органични съединения, една от основните групи въглехидрати, по време на хидролиза всяка молекула се разпада на две молекули монозахариди, са специален случай на олигозахариди.

Олигозахариди - въглехидрати, чиито молекули се синтезират от 2-10 монозахаридни остатъка, свързани с гликозидни връзки. Съответно те разграничават: дизахариди, тризахариди и така нататък. Олигозахаридите, състоящи се от идентични монозахаридни остатъци, се наричат ​​хомополизахариди, а тези, състоящи се от различни монозахариди, се наричат ​​хетерополизахариди. Дизахаридите са най-често срещаните сред олигозахаридите.

полизахариди - общото наименование на класа сложни макромолекулни въглехидрати, чиито молекули се състоят от десетки, стотици или хиляди мономери – монозахариди. От гледна точка на общите принципи на структурата в групата на полизахаридите е възможно да се разграничат хомополизахаридите, синтезирани от същия тип монозахаридни единици, и хетерополизахаридите, които се характеризират с наличието на два или повече вида мономерни остатъци.

Функции

1. Структурни и поддържащи функции. Въглехидратите участват в изграждането на различни поддържащи структури. Тъй като целулозата е основният структурен компонент на клетъчните стени на растенията, хитинът изпълнява подобна функция при гъбите и също така осигурява твърдост на екзоскелета на членестоногите.

2. Защитна роля при растенията. Някои растения имат защитни образувания (бодли, бодли и др.), състоящи се от клетъчни стени от мъртви клетки.

3. Пластична функция. Въглехидратите са част от сложни молекули (например пентозите (рибоза и дезоксирибоза) участват в изграждането на АТФ, ДНК и РНК).

4. Енергийна функция. Въглехидратите служат като източник на енергия: когато 1 грам въглехидрати се окисляват, се освобождават 4,1 kcal енергия и 0,4 g вода.

5. Резервна функция. Въглехидратите действат като резервни хранителни вещества: гликоген при животните, нишесте и инулин при растенията.

6. Осмотична функция. Въглехидратите участват в регулирането на осмотичното налягане в организма. Така кръвта съдържа 100-110 mg /% глюкоза, осмотичното налягане на кръвта зависи от концентрацията на глюкоза.

7. Рецепторна функция. Олигозахаридите са част от рецептивната част на много клетъчни рецептори или лигандни молекули.

8. Строеж и функции на нуклеотидите.

Нуклеотиди - фосфатни естери на нуклеозиди, нуклеозидни фосфати. Свободните нуклеотиди, по-специално аденозин трифосфат (ATP), цикличен аденозин монофосфат (cATP), аденозин дифосфат (ADP), играят важна роля в енергийните и информационни вътреклетъчни процеси и също са съставни части на нуклеинови киселини и много коензими.

Структура

Нуклеотидите са естери на нуклеозиди и фосфорни киселини. Нуклеозидите от своя страна са N-гликозиди, съдържащи хетероцикличен фрагмент, свързан чрез азотен атом към С-1 атом на захарен остатък.

В природата най-често срещаните нуклеотиди са β-N-гликозидите на пурините или пиримидините и пентозите - D-рибоза или D-2-дезоксирибоза. В зависимост от структурата на пентозата се разграничават рибонуклеотиди и дезоксирибонуклеотиди, които са мономери на молекули на сложни биологични полимери (полинуклеотиди) - съответно РНК или ДНК.

Фосфатният остатък в нуклеотидите обикновено образува естерна връзка с 2'-, 3'- или 5'-хидроксилните групи на рибонуклеозидите; в случай на 2'-дезоксинуклеозиди, 3'- или 5'-хидроксилните групи са естерифицирани.

Повечето нуклеотиди са моноестери на фосфорната киселина, но са известни и диестери на нуклеотиди, в които два хидроксилни остатъка са естерифицирани - например циклични нуклеотиди циклоаденин и циклогуанин монофосфати (cAMP и cGMP). Наред с нуклеотидите - естери на ортофосфорна киселина (монофосфати), моно- и диестери на пирофосфорна киселина (дифосфати, например, аденозин дифосфат) и моноестери на триполифосфорна киселина (трифосфати, например, аденозин трифосфат) също са често срещани в природата.

Функции

1. Универсален източник на енергия (АТФ и неговите аналози).

2. Те са активатори и носители на мономери в клетката (UDP-глюкоза)

3. Действат като коензими (FAD, FMN, NAD+, NADP+)

4. Цикличните мононуклеотиди са вторични посредници в действието на хормони и други сигнали (cAMP, cGMP).

5. Алостерични регулатори на ензимната активност.

6. Представляват мономери в състава на нуклеиновите киселини, свързани с 3 „-5” – фосфодиестерни връзки.

9. Структура, класификация и функции на нуклеиновите киселини.
Нуклеиновата киселина е органично съединение с високо молекулно тегло, биополимер (полинуклеотид), образуван от нуклеотидни остатъци. Нуклеиновите киселини Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и Рибонуклеинова киселина (РНК) присъстват в клетките на всички живи организми и изпълняват най-важните функции за съхранение, предаване и прилагане на наследствена информация.

Класификация

Има два вида нуклеинови киселини - дезоксирибонуклеинова (ДНК) и рибонуклеинова (РНК). Мономерите в нуклеиновите киселини са нуклеотиди. Всеки от тях съдържа азотна основа, петвъглеродна захар (дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК) и остатък от фосфорна киселина.

Устройство и функции

Молекулите на ДНК и РНК се различават значително по своята структура и функции.

Една ДНК молекула може да включва огромен брой нуклеотиди - от няколко хиляди до стотици милиони (наистина гигантските ДНК молекули могат да се "видят" с електронен микроскоп). В структурно отношение представлява двойна спирала от полинуклеотидни вериги, свързани с водородни връзки между азотните бази на нуклеотидите. Благодарение на това полинуклеотидните вериги са здраво закрепени една до друга.

При изследване на различни ДНК (в различни видове организми) беше установено, че аденинът от една верига може да се свърже само с тимина, а гуанинът може да се свърже само с цитозина от другата. Следователно редът на нуклеотидите в едната верига стриктно съответства на реда на тяхното подреждане в другата. Това явление се нарича комплементарност (т.е. добавки), а противоположните полинуклеотидни вериги се наричат ​​комплементарни. Това е причината за уникалното свойство на ДНК сред всички неорганични и органични вещества – способността за самовъзпроизвеждане или удвояване. В този случай в началото комплементарните вериги на ДНК молекулите се разминават (под въздействието на специален ензим връзките между комплементарните нуклеотиди на двете вериги се разрушават). След това във всяка верига започва синтезът на нова („липсваща“) допълнителна верига поради свободни нуклеотиди, които винаги присъстват в големи количества в клетката. В резултат на това вместо една („родителска“) ДНК молекула се образуват две („дъщерни“) нови, идентични по структура и състав една на друга, както и на оригиналната ДНК молекула. Този процес винаги предшества клетъчното делене и осигурява предаването на наследствена информация от майчината клетка към дъщерята и всички следващи поколения.

РНК молекулите обикновено са едноверижни (за разлика от ДНК) и съдържат много по-малък брой нуклеотиди. Различават се три вида РНК, които се различават по размера на молекулите и изпълняваните функции – информационна (иРНК), рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК).

10. Особености на структурата и жизнената активност на вирусите.
Вирусът е неклетъчен инфекциозен агент, който може да се възпроизвежда само в живи клетки. Вирусите заразяват всички видове организми, от растения и животни до бактерии и археи (бактериалните вируси обикновено се наричат ​​бактериофаги). Открити са и вируси, които заразяват други вируси (сателитни вируси).

Структура

Вирусните частици (вириони) се състоят от два или три компонента: генетичен материал под формата на ДНК или РНК (някои, като мимивирусите, имат и двата вида молекули); протеинова обвивка (капсид), която защитава тези молекули, а в някои случаи и допълнителни липидни обвивки. Наличието на капсид отличава вирусите от вирусоподобните инфекциозни нуклеинови киселини - вироиди. В зависимост от вида на нуклеиновата киселина, представена от генетичния материал, се изолират ДНК-съдържащи вируси и РНК-съдържащи вируси; Балтиморската класификация на вирусите се основава на този принцип. Преди това прионите също бяха погрешно приписвани на вируси, но по-късно се оказа, че тези патогени са специални инфекциозни протеини и не съдържат нуклеинови киселини. Формата на вирусите варира от проста спираловидна и икосаедрична до по-сложни структури. Размерът на средния вирус е около една стотна от този на средната бактерия. Повечето вируси са твърде малки, за да бъдат ясно видими под светлинен микроскоп.

Зрялата вирусна частица, известна като вирион, се състои от нуклеинова киселина, заобиколена от защитна протеинова обвивка, наречена капсид. Капсидът е изграден от идентични протеинови субединици, наречени капсомери. Вирусите могат също така да имат липидна обвивка върху капсида (суперкапсид), образуван от мембраната на клетката гостоприемник. Капсидът се състои от протеини, кодирани от вирусния геном, и неговата форма е в основата на класификацията на вирусите според морфологичните характеристики. Освен това сложно организираните вируси кодират специални протеини, които помагат при сглобяването на капсида. Комплексите от протеини и нуклеинови киселини са известни като нуклеопротеини, а комплексът от протеини на вирусния капсид с вирусната нуклеинова киселина се нарича нуклеокапсид.

За човешкото тяло, както и за другите живи същества, е необходима енергия. Без него не могат да протичат процеси. В края на краищата всяка биохимична реакция, всеки ензимен процес или етап от метаболизма се нуждае от източник на енергия.

Следователно значението на веществата, които осигуряват на тялото сила за живот, е много голямо и важно. Какви са тези вещества? Въглехидрати, протеини, всеки от тях е различен, те принадлежат към напълно различни класове химични съединения, но една от функциите им е сходна - осигуряване на тялото с необходимата енергия за живот. Помислете за една група от тези вещества - въглехидрати.

Класификация на въглехидратите

Съставът и структурата на въглехидратите от тяхното откриване се определят от името им. Всъщност според ранните източници се смяташе, че това е група от съединения, в структурата на които има въглеродни атоми, свързани с водни молекули.

По-задълбочен анализ, както и натрупаната информация за разнообразието от тези вещества позволиха да се докаже, че не всички представители имат само такъв състав. Въпреки това, тази функция все още е една от тези, които определят структурата на въглехидратите.

Съвременната класификация на тази група съединения е следната:

1. Монозахариди (рибоза, фруктоза, глюкоза и др.).
2. Олигозахариди (биози, триози).
3. Полизахариди (нишесте, целулоза).

Освен това всички въглехидрати могат да бъдат разделени на следните две големи групи:

• възстановяване;
• невъзстановяващ се.

Нека разгледаме по-подробно структурата на въглехидратните молекули от всяка група.

Монозахариди: характеристика

Тази категория включва всички прости въглехидрати, които съдържат алдехидна (алдози) или кетонна (кетози) група и не повече от 10 въглеродни атома във верижната структура. Ако погледнете броя на атомите в основната верига, тогава монозахаридите могат да бъдат разделени на:

• триози (глицералдехид);
• тетрози (еритрулоза, еритроза);
• пентози (рибоза и дезоксирибоза);
• хексози (глюкоза, фруктоза).

Всички останали представители не са толкова важни за организма, колкото изброените.

Характеристики на структурата на молекулите

Според структурата си монозите могат да бъдат представени както под формата на верига, така и под формата на цикличен въглехидрат. как става това Работата е там, че централният въглероден атом в съединението е асиметричен център, около който молекулата в разтвора може да се върти. Така се образуват оптичните изомери на L- и D-формата на монозахаридите. В този случай формулата на глюкозата, написана под формата на права верига, може да бъде схваната мислено от алдехидната група (или кетон) и навита на топка. Ще се получи съответната циклична формула.

Въглехидратите от серията monoz са доста прости: серия от въглеродни атоми, образуващи верига или цикъл, от всяка от които хидроксилни групи и водородни атоми са разположени от различна или от една и съща страна. Ако всички структури с едно и също име са от едната страна, тогава се образува D-изомер, ако те са различни с редуване една на друга, тогава се образува L-изомер. Ако запишем общата формула на най-често срещания представител на глюкозните монозахариди в молекулярна форма, тогава тя ще изглежда така: C 6 H 12 O 6. Освен това този запис отразява и структурата на фруктозата. В края на краищата, химически тези две монози са структурни изомери. Глюкозата е алдехиден алкохол, фруктозата е кето алкохол.

Структурата и свойствата на въглехидратите на редица монозахариди са тясно свързани помежду си. Всъщност, поради наличието на алдехидни и кетонни групи в състава на структурата, те принадлежат към алдехидни и кето алкохоли, което определя тяхната химична природа и реакциите, в които могат да влизат.

Така глюкозата проявява следните химични свойства:

1. Реакции, дължащи се на наличието на карбонилна група:

• окисление - реакция на "сребърно огледало";
• с прясно утаена (II) - алдонова киселина;
• силните окислители са в състояние да образуват двуосновни киселини (алдарична), превръщайки не само алдехида, но и една хидроксилна група;
• редукция - превръща се в многовалентни алкохоли.

2. В молекулата има и хидроксилни групи, което отразява структурата. Свойства на въглехидратите, които се влияят от тези групи:

• способността за алкилиране - образуване на етери;
• ацилиране - образуване;
• качествена реакция за меден (II) хидроксид.

3. Силно специфични свойства на глюкозата:

• маслен;
• алкохол;
• млечнокисела ферментация.

Функции, изпълнявани в тялото

Структурата и функциите на въглехидратите на монозите са тясно свързани. Последните се състоят преди всичко в участието в биохимичните реакции на живите организми. Каква роля играят монозахаридите в това?

1. Основа за производството на олиго- и полизахариди.
2. Пентозите (рибоза и дезоксирибоза) са най-важните молекули, участващи в образуването на АТФ, РНК, ДНК. А те от своя страна са основните доставчици на наследствен материал, енергия и протеини.
3. Концентрацията на глюкоза в човешката кръв е истински индикатор за осмотичното налягане и неговите промени.

Олигозахариди: структура

Структурата на въглехидратите от тази група се свежда до наличието на две (диози) или три (триози) молекули монозахариди в състава. Има и такива, които включват 4, 5 или повече структури (до 10), но най-разпространени са дизахаридите. Тоест по време на хидролиза такива съединения се разлагат, за да образуват глюкоза, фруктоза, пентоза и т.н. Какви съединения попадат в тази категория? Типичен пример е (обикновена тръстика (основната съставка на млякото), малтоза, лактулоза, изомалтоза.

Химическата структура на въглехидратите от тази серия има следните характеристики:

1. Общата формула на молекулярния вид: C 12 H 22 O 11.
2. Два еднакви или различни монозни остатъка в дизахаридната структура са свързани помежду си с помощта на гликозиден мост. Редукционната способност на захарта ще зависи от природата на това съединение.
3. Намаляване на дизахаридите. Структурата на въглехидратите от този тип се състои в образуването на гликозиден мост между хидроксилната група на алдехида и хидроксилната група на различни мономолекули. Те включват: малтоза, лактоза и т.н.
4. Нередуциращ - типичен пример за захароза - когато се образува мост между хидроксилите само на съответните групи, без участието на алдехидната структура.

По този начин структурата на въглехидратите може да бъде представена накратко като молекулна формула. Ако е необходима подробна подробна структура, тогава тя може да бъде изобразена с помощта на графичните проекции на Фишер или формулите на Хауърт. По-конкретно, два циклични мономера (монози) са или различни, или идентични (в зависимост от олигозахарида), свързани помежду си чрез гликозиден мост. При конструирането трябва да се вземе предвид възстановителният капацитет за правилното показване на връзката.

Примери за дизахаридни молекули

Ако задачата е под формата: „Маркирайте структурните характеристики на въглехидратите“, тогава за дизахаридите е най-добре първо да посочите от какви монозни остатъци се състои. Най-често срещаните видове са:

• захароза – изградена от алфа-глюкоза и бета-фруктоза;
• малтоза - от глюкозни остатъци;
• целобиоза - състои се от два D-форма бета-глюкозни остатъка;
• лактоза - галактоза + глюкоза;
• лактулоза - галактоза + фруктоза и т.н.

След това, според наличните остатъци, трябва да се изготви структурна формула с ясна индикация за вида на гликозиден мост.

Значение за живите организми

Ролята на дизахаридите също е много голяма, не само структурата е важна. Функциите на въглехидратите и мазнините като цяло са подобни. Основата е енергийният компонент. За някои отделни дизахариди обаче трябва да се посочи тяхното специално значение.

1. Захарозата е основният източник на глюкоза в човешкото тяло.
2. Лактозата се намира в майчиното мляко на бозайниците, включително до 8% в женското мляко.
3. Лактулозата се произвежда в лаборатория за медицинска употреба и се добавя към млечните продукти.

Всеки дизахарид, тризахарид и т.н. в човешкото тяло и други същества претърпява мигновена хидролиза с образуването на монози. Именно тази характеристика е в основата на използването на този клас въглехидрати от хората в тяхната сурова, непроменена форма (цвекло или тръстикова захар).

Полизахариди: характеристики на молекулите

Функциите, съставът и структурата на въглехидратите от тази серия са от голямо значение за организмите на живите същества, както и за стопанската дейност на човека. Първо, трябва да разберете кои въглехидрати са полизахариди.

Има доста от тях:

• нишесте;
• гликоген;
• муреин;
• глюкоманан;
• целулоза;
• декстрин;
• галактоманан;
• муромин;
• амилоза;
• хитин.

Това не е пълен списък, а само най-значимите за животни и растения. Ако изпълнявате задачата „Маркирайте структурните характеристики на въглехидратите на редица полизахариди“, тогава първо трябва да обърнете внимание на тяхната пространствена структура. Това са много обемни, гигантски молекули, състоящи се от стотици мономерни единици, омрежени чрез гликозидни химични връзки. Често структурата на полизахаридните въглехидратни молекули е слоест състав.

Има определена класификация на такива молекули.

1. Хомополизахариди - състоят се от едни и същи многократно повтарящи се единици монозахариди. В зависимост от монозите те могат да бъдат хексози, пентози и т.н. (глюкани, манани, галактани).
2. Хетерополизахариди - образувани от различни мономерни единици.

Съединенията с линейна пространствена структура трябва да включват например целулоза. Повечето полизахариди имат разклонена структура - нишесте, гликоген, хитин и др.

Роля в тялото на живите същества

Структурата и функциите на тази група въглехидрати са тясно свързани с жизнената дейност на всички същества. Така например растенията под формата на резервно хранително вещество натрупват нишесте в различни части на издънката или корена. Основният източник на енергия за животните отново са полизахаридите, чието разграждане произвежда доста енергия.

Въглехидратите играят много важна роля. Покритието на много насекоми и ракообразни се състои от хитин, муреинът е компонент на бактериалната клетъчна стена, целулозата е основата на растенията.

Резервното хранително вещество от животински произход са молекулите на гликогена или, както се нарича по-често, животинската мазнина. Съхранява се в отделни части на тялото и изпълнява не само енергийна, но и защитна функция срещу механични въздействия.

За повечето организми структурата на въглехидратите е от голямо значение. Биологията на всяко животно и растение е такава, че изисква постоянен източник на енергия, неизчерпаем. И само те могат да дадат това и най-вече под формата на полизахариди. И така, пълното разграждане на 1 g въглехидрати в резултат на метаболитни процеси води до освобождаване на 4,1 kcal енергия! Това е максимумът, без повече връзки. Ето защо въглехидратите трябва да присъстват в диетата на всеки човек и животно. Растенията, от друга страна, се грижат за себе си: в процеса на фотосинтеза те образуват нишесте в себе си и го складират.

Общи свойства на въглехидратите

Структурата на мазнините, протеините и въглехидратите като цяло е сходна. В крайна сметка всички те са макромолекули. Дори някои от техните функции са от общ характер. Трябва да се обобщи ролята и значението на всички въглехидрати в живота на биомасата на планетата.

1. Съставът и структурата на въглехидратите предполагат използването им като строителен материал за обвивката на растителни клетки, животински и бактериални мембрани, както и за образуването на вътреклетъчни органели.
2. защитна функция. Характерно е за растителните организми и се проявява в образуването на тръни, шипове и др.
3. Пластичната роля е образуването на жизненоважни молекули (ДНК, РНК, АТФ и други).
4. рецепторна функция. Полизахаридите и олигозахаридите са активни участници в транспортните трансфери през клетъчната мембрана, "стражи", които улавят ефектите.
5. Най-значима е енергийната роля. Осигурява максимална енергия за всички вътреклетъчни процеси, както и работата на целия организъм като цяло.
6. Регулиране на осмотичното налягане – глюкозата осигурява такъв контрол.
7. Някои полизахариди се превръщат в резервно хранително вещество, източник на енергия за животните.

По този начин е очевидно, че структурата на мазнините, протеините и въглехидратите, техните функции и роля в организмите на живите системи са от решаващо и решаващо значение. Тези молекули са създателите на живота, те също го съхраняват и поддържат.

Въглехидрати с други високомолекулни съединения

Известна е и ролята на въглехидратите не в чист вид, а в комбинация с други молекули. Те включват най-често срещаните като:

• гликозаминогликани или мукополизахариди;
• гликопротеини.

Структурата и свойствата на въглехидратите от този тип са доста сложни, тъй като различни функционални групи са комбинирани в комплекс. Основната роля на молекулите от този тип е участието в много жизнени процеси на организмите. Представители са: хиалуронова киселина, хондроитин сулфат, хепаран, кератан сулфат и др.

Има и комплекси от полизахариди с други биологично активни молекули. Например гликопротеини или липополизахариди. Тяхното съществуване е важно при формирането на имунологичните реакции на организма, тъй като те са част от клетките на лимфната система.

Въглехидратите играят основна роля в осигуряването на енергия за цялото тяло, те участват в метаболизма на всички хранителни вещества. Те са органични съединения, съставени от въглерод, водород и кислород. Въглехидратите, поради тяхната лесна достъпност и скорост на усвояване, са основният източник на енергия за тялото.

Въглехидратите могат да постъпват в човешкото тяло с храна (зърнени храни, зеленчуци, бобови растения, плодове и др.), Както и да се произвеждат от мазнини и някои аминокиселини.

Класификация на въглехидратите

Структурно въглехидратите се разделят на следните групи:

прости въглехидрати. Те включват глюкоза, галактоза и фруктоза (монозахариди), както и захароза, лактоза и малтоза (дизахариди).

Глюкозае основният източник на енергия за мозъка. Съдържа се в плодовете и горските плодове и е необходим за доставката на енергия и образуването на гликоген в черния дроб.

Фруктозапочти не изисква хормона инсулин за усвояването му, което позволява да се използва при диабет, но в умерени количества.

Галактозане се среща в свободна форма в продуктите. Получава се от разграждането на лактозата.

захарозанамира се в захарта и сладките. При поглъщане се разпада на повече компоненти: глюкоза и фруктоза.

лактоза- въглехидрати, съдържащи се в млечните продукти. При вроден или придобит дефицит на ензима лактоза в червата, разграждането на лактозата до глюкоза и галактоза е нарушено, което е известно като непоносимост към млечни продукти. Във ферментиралите млечни продукти има по-малко лактоза, отколкото в млякото, тъй като когато млякото ферментира от лактоза, се образува млечна киселина.

Малтоза- междинен продукт от разграждането на нишестето от храносмилателни ензими. Впоследствие малтозата се разгражда до глюкоза. В свободна форма се намира в меда, малца (оттук и второто име - малцова захар) и бирата.

Сложни въглехидрати. Те включват нишесте и гликоген (смилаеми въглехидрати), както и фибри, пектини и хемицелулоза.

нишесте- в диетата е до 80% от всички въглехидрати. Основните му източници са хляб и тестени изделия, зърнени храни, бобови растения, ориз и картофи. Нишестето се усвоява относително бавно, разграждайки се до глюкоза.

Гликоген, наричан още "животински нишесте", е полизахарид, който се състои от силно разклонени вериги от глюкозни молекули. Намира се в малки количества в животинските продукти (2-10% в черния дроб и 0,3-1% в мускулната тъкан).

Целулоза- Това е сложен въглехидрат, който е част от мембраните на растителните клетки. В тялото фибрите практически не се усвояват, само малка част могат да бъдат засегнати от микроорганизми в червата.

Фибрите, заедно с пектини, лигнини и хемицелулоза, се наричат ​​или баластни вещества. Те подобряват функционирането на храносмилателната система, като профилактика на много заболявания. Пектините и хемицелулозата имат хигроскопични свойства, което им позволява да абсорбират и пренасят със себе си излишния холестерол, амоняк, жлъчни пигменти и други вредни вещества. Друго важно предимство на диетичните фибри е тяхната помощ при превенцията на затлъстяването. Без висока енергийна стойност, зеленчуците, поради голямото количество диетични фибри, допринасят за ранното усещане за ситост.

Голямо количество диетични фибри има в пълнозърнестия хляб, триците, зеленчуците и плодовете.

Гликемичен индекс

Някои въглехидрати (прости) се усвояват от тялото почти моментално, което води до рязко повишаване на кръвната захар, други (сложни) се усвояват постепенно и не предизвикват рязко повишаване на кръвната захар. Поради бавното усвояване, приемането на храни, съдържащи тези въглехидрати, осигурява по-дълго чувство за ситост. Това свойство се използва в диетологията, за отслабване.

И за да се оцени скоростта на разграждане на продукта в тялото, се използва гликемичният индекс (GI). Този индикатор определя скоростта, с която продуктът се разгражда в тялото и се превръща в глюкоза. Колкото по-бързо се разгражда продуктът, толкова по-висок е неговият гликемичен индекс (GI). За стандарт е взета глюкоза, чийто гликемичен индекс (GI) е 100. Всички останали показатели се сравняват с гликемичния индекс (GI) на глюкозата. Всички стойности на GI в различни храни могат да се видят в специална таблица на гликемичния индекс на продуктите.

Функции на въглехидратите в организма

Въглехидратите изпълняват следните функции в тялото:

Те са основният източник на енергия в тялото.

Осигурете всички енергийни разходи на мозъка (мозъкът абсорбира около 70% от глюкозата, освободена от черния дроб)

Участват в синтеза на АТФ, ДНК и РНК молекули.

Регулиране на метаболизма на протеини и мазнини.

В комбинация с протеини те образуват някои ензими и хормони, секрети на слюнчените и други слузообразуващи жлези, както и други съединения.

Диетичните фибри подобряват работата на храносмилателната система и премахват вредните вещества от тялото, пектините стимулират храносмилането.

Липиди- мастноподобни органични съединения, неразтворими във вода, но силно разтворими в неполярни разтворители (етер, бензин, бензен, хлороформ и др.). Дивите принадлежат към най-простите биологични молекули.

Химически повечето липиди са естери на висши карбоксилни киселини и редица алкохоли. Най-известният сред тях мазнини. Всяка молекула мазнина се образува от молекула на тривалентния алкохол глицерол и естерни връзки на три молекули от висши карбоксилни киселини, свързани с нея. Според приетата номенклатура мазнините се наричат триацилглицероли.

Когато мазнините се хидролизират (т.е. разделят се поради въвеждането на Н + и ОН - в естерни връзки), те се разпадат на глицерол и освобождават висши карбоксилни киселини, всяка от които съдържа четен брой въглеродни атоми.

Въглеродните атоми в молекулите на висшите карбоксилни киселини могат да бъдат свързани помежду си както чрез единични, така и чрез двойни връзки. Сред ограничаващите (наситени) висши карбоксилни киселини съставът на мазнините най-често включва:

палмитинова CH3-(CH2)14-COOH или C15H31COOH;

стеаринова СН3-(СН2)16-СООН или С17Н35СООН;

арахиден CH3-(CH2)18-COOH или C19H39COOH;

сред неограничените:

олеинова СН 3 - (СН 2) 7 - СН \u003d СН - (СН 2) 7 - СООН или С 17 Н 33 СООН;

линолова СН 3 - (СН 2) 4 - СН \u003d СН - СН 2 - СН - (СН 2) 7 - СООН или С 17 Н 31 СООН;

линолен CH 3 - CH 2 - CH = CH - CH 2 - CH = CH - CH 2 - CH = CH - (CH 2) 7 - COOH или C 17 H 29 COOH.

Степента на ненаситеност и дължината на веригата на висшите карбоксилни киселини (т.е. броят на въглеродните атоми) определя физичните свойства на дадена мазнина.

Мазнините с къси и ненаситени киселинни вериги имат ниска точка на топене. При стайна температура това са течности (масла) или мазни вещества. Обратно, мазнините с дълги и наситени вериги от висши карбоксилни киселини са твърди вещества при стайна температура. Ето защо хидрогенирането (насищане на киселинни вериги с водородни атоми в двойни връзки) превръща например течното фъстъчено масло в хомогенно фъстъчено масло за намазване, а слънчогледовото масло в маргарин. Животните, живеещи в студен климат, като рибите в арктическите морета, обикновено съдържат повече ненаситени триацилглицероли от тези, живеещи в южните ширини. Поради тази причина тялото им остава гъвкаво дори при ниски температури.

Разграничаване:

Фосфолипиди- амфифилни съединения, т.е. те имат полярни глави и неполярни опашки. Групите, които образуват полярната глава, са хидрофилни (разтворими във вода), докато неполярните опашни групи са хидрофобни (неразтворими във вода).

Двойствената природа на тези липиди определя ключовата им роля в организацията на биологичните мембрани.

Восък- естери на адноатомни (с една хидроксилна група) макромолекулни (с дълъг въглероден скелет) алкохоли и висши карбоксилни киселини.

Друга група липиди са стероиди. Тези вещества са изградени на базата на холестерол алкохол. Стероидите са много слабо разтворими във вода и не съдържат висши карбоксилни киселини.

Те включват жлъчни киселини, холестерол, полови хормони, витамин D и др.

близо до стероидите терпени(растежни вещества на растенията - гиберелини; фитол, който е част от хлорофила, каротеноиди - фотосинтетични пигменти; етерични масла от растения - ментол, камфор и др.).

Липидите могат да образуват комплекси с други биологични молекули.

Липопротеини- сложни образувания, съдържащи триацилглицероли, холестерол и протеини, като последните нямат ковалентни връзки с липидите.

Гликолипиди- това е група липиди, изградени на базата на сфингозинов алкохол и съдържащи, освен остатъка от висшите карбоксилни киселини, една или повече захарни молекули (най-често глюкоза или галактоза).

Функции на липидите

Структурни. Фосфолипидите заедно с протеините образуват биологични мембрани. Мембраните също съдържат стероли.

Енергия. При окисляване на 1 g мазнини се освобождават 38,9 kJ енергия, която отива за образуването на АТФ. Под формата на липиди се съхраняват значителна част от енергийните резерви на организма, които се изразходват при недостиг на хранителни вещества. Хиберниращите животни и растения натрупват мазнини и масла и ги използват за поддържане на жизнените процеси. Високото съдържание на липиди в семената осигурява енергия за развитието на ембриона и разсада до преминаването му към самостоятелно хранене. Семената на много растения (кокосова палма, рицин, слънчоглед, соя, рапица и др.) служат като суровина за промишлено производство на масло.

Защитна и топлоизолация. Натрупвайки се в подкожната мастна тъкан и около определени органи (бъбреци, черва), мастният слой предпазва тялото от механични повреди. В допълнение, поради ниската си топлопроводимост, слоят подкожна мазнина помага да се запази топлината, което позволява например на много животни да живеят в студен климат. При китовете освен това играе и друга роля – допринася за плаваемостта.

Смазващи и водоотблъскващи. Восъците покриват кожата, вълната, перата, правят ги по-еластични и ги предпазват от влага. Листата и плодовете на растенията са покрити с восъчно покритие; Восъкът се използва от пчелите при изграждането на пчелни пити.

Регулаторен. Много хормони се извличат от холестерола, като половите хормони (тестостерон при мъжете и прогестерон при жените) и кортикостероидите (алдостерон).

метаболитни. Производни на холестерола, витамин D играят ключова роля в обмена на калций и фосфор. Жлъчните киселини участват в процесите на храносмилане (емулгиране на мазнини) и усвояване на висши карбоксилни киселини.

Липидите са източник на метаболитна вода. Когато мазнините се окисляват, се образуват приблизително 105 g вода. Тази вода е много важна за някои обитатели на пустинята, особено за камилите, които могат да издържат без вода 10-12 дни: за тази цел се използва натрупаната в гърбицата мазнина. Мечките, мармотите и други животни в зимен сън получават необходимата за живота вода в резултат на окисляване на мазнините.

Химичен състав

Клетъчната стена на растителните клетки се състои главно от полизахариди. Всички компоненти, които изграждат клетъчната стена, могат да бъдат разделени на 4 групи:

Структурникомпоненти, представени от целулоза в повечето автотрофни растения.

Компоненти матрица,т.е. основното вещество, пълнителят на черупката - хемицелулози, протеини, липиди.

компоненти, инкрустиранеклетъчна стена (т.е. отложена и покриваща я отвътре) - лигнин и суберин.

компоненти, натрупванестена, т.е. отложени върху повърхността му – кутин, восък.

Основният структурен компонент на черупката е целулозаПредставлява неразклонени полимерни молекули, състоящи се от 1000-11000 остатъка - D глюкоза, свързани помежду си с гликозидни връзки. Наличието на гликозидни връзки създава възможност за образуване на кръстосани шевове. Благодарение на това дългите и тънки целулозни молекули се комбинират в елементарни фибрили или мицели. Всяка мицела се състои от 60-100 успоредни целулозни вериги. Стотици мицели са групирани в мицеларни редици и образуват микрофибрили с диаметър 10-15 nm. Целулозата има кристални свойства поради подреденото подреждане на мицелите в микрофибрилите. Микрофибрилите от своя страна се преплитат помежду си като нишки във въже и се обединяват в макрофибрили. Макрофибрилите са с дебелина около 0,5 µm. и може да достигне дължина от 4 микрона. Целулозата не е нито кисела, нито алкална. По отношение на повишени температури, тя е доста устойчива и може да се нагрява без разлагане до температура от 200 ° C. Много от важните свойства на целулозата се дължат на високата й устойчивост на ензими и химикали. Неразтворим е във вода, алкохол, етер и други неутрални разтворители; неразтворим в киселини и основи. Целулозата е може би най-често срещаният тип органични макромолекули на Земята.

Микрофибрилите на черупката са потопени в аморфна пластмасова гел-матрица. Матрицата е пълнителят на черупката. Съставът на матрицата на растителните мембрани включва разнородни групи от полизахариди, наречени хемицелулози и пектинови вещества.

Хемицелулози са разклонени полимерни вериги, състоящи се от различни хексозни остатъци (D-глюкоза, D-галактоза, маноза),

пентоза (L-ксилоза, L-арабиноза) и пикочни киселини (глюкуронова и галактуронова). Тези компоненти на хемицелулозата се комбинират помежду си в различни количествени съотношения и образуват различни комбинации.

Хемицелулозните вериги се състоят от 150-300 мономерни молекули. Те са много по-къси. Освен това веригите не кристализират и не образуват елементарни фибрили.

Ето защо хемицелулозите често се наричат ​​полуцелулози. Те представляват около 30-40% от сухото тегло на клетъчните стени.

По отношение на химическите реагенти, хемицелулозите са много по-малко устойчиви от целулозата: те се разтварят в слаби основи без нагряване; хидролизира с образуване на захари в слаби киселинни разтвори; полувлакната също се разтварят в глицерин при температура 300 o C.

Хемицелулозите в тялото на растенията играят:

Механична роля, участвайки заедно с целулозата и други вещества в изграждането на клетъчните стени.

Ролята на резервните вещества, депозирани и след това консумирани. В този случай функцията на резервния материал се изпълнява главно от хексози; а хемицелулозите с механична функция обикновено се състоят от пентози. Като резервни хранителни вещества хемицелулозите се отлагат и в семената на много растения.

пектинови веществаимат доста сложен химичен състав и структура. Това е хетерогенна група, която включва разклонени полимери, носещи отрицателни заряди поради множеството остатъци от галактуронова киселина. Характерна особеност: пектиновите вещества набъбват силно във вода, а някои се разтварят в нея. Те лесно се разрушават от действието на основи и киселини.

Всички клетъчни стени в ранен стадий на развитие са почти изцяло съставени от пектинови вещества. Междуклетъчното вещество на средната ламина, сякаш циментира черупките на съседните стени, също се състои от тези вещества, главно калциев пектат. Пектиновите вещества, макар и в малки количества, присъстват в основната дебелина на възрастните клетки.

Съставът на матрицата на клетъчната стена, освен въглехидратните компоненти, включва и структурен протеин, наречен екстензин. Това е гликопротеин, чиято въглехидратна част е представена от арабинозни захарни остатъци.

Класификацията на витамините се основава на принципа на тяхната разтворимост във вода и мазнини.

Водоразтворими витамини: B1 (тиамин), B2 (рибофлавин), PP (никотинова киселина), B3 (пантотенова киселина), B6 ​​​​(пиридоксин), B12 (цинкобаламин), Bc (фолиева киселина), H (биотин), N (липоева киселина) , P (биофлаваноиди), C (аскорбинова киселина) - участват в структурата и функционирането на ензимите.

Мастноразтворими витамини:А (ретинол), провитамин А (каротин), D (калцефероли), Е (токофероли), К (филохинони).

Мастноразтворимите витамини са включени в структурата на мембранните системи, осигурявайки тяхното оптимално функционално състояние.

Също така има витаминоподобни вещества: B13 (оротова киселина), B15 (пангамова киселина), B4 (холин), B8 (инозитол), W (карнитин), H1 (параминбензоена киселина), F (полиненаситени мастни киселини), U (S=метилметионин сулфат хлорид).