Дати характеристику та класифікацію вуглеводів. Функції вуглеводів в організмі

Багато вуглеводів є білі тверді речовини солодкі на смак. Різні вуглеводи мають різний ступінь насолоди. Так, фруктоза втричі солодша за глюкозу. Мед наполовину складається з фруктози, тому він такий солодкий. Інші вуглеводи мають менш слабкий солодкий смак.

Найбільш відомий вуглевод - глюкоза - один з найважливіших вуглеводів, який у вільному вигляді міститься в соку рослин, особливо в плодах та нектарі квіток. Вуглеводи присутні в крові, печінці, мозку та інших органах тварин та людини. Так, у печінці людини накопичується глікоген – запасний вуглевод тваринного походження.

Вуглеводи є основним джерелом енергії для організму. При розщепленні глюкози виділяється велика кількість енергії, яку організм витрачає процеси життєдіяльності. Вуглеводи становлять головну частину харчового раціону людини.

Глюкоза – речовина, в якій акумулюється енергія Сонця. Його можна назвати сполучною ланкою між живою природою та Сонцем. Глюкоза синтезується в зеленому листі рослин з вуглекислого газу та води. Це унікальний процес на Землі, що забезпечує існування рослин, тварин та людини.

Формулі C6H12O6 відповідає безліч структур. Серед них виділимо дві – глюкози та фруктози. В їх структурах знаходиться п'ять гідроксильних та одна карбонільна групи. Це той випадок, коли речовина має різні функціональні групи. Від функціональних груп залежить хімічні властивості вуглеводів. Глюкоза є альдегідоспіртом, а фруктоза – кетоноспіротом. Отже, глюкоза має властивості багатоатомних спиртів та альдегідів, а фруктоза – багатоатомних спиртів та кетонів.

Молекули глюкози та фруктози здатні з'єднуватися один з одним із відщепленням молекул води. Дві молекули з'єднуються через атом кисню. За такого об'єднання вони утворюють дисахарид, званий сахарозою, а побуті цукром.

Клітковина та крохмаль

При поєднанні багатьох молекул глюкози утворюються клітковина (целюлози) та крохмаль, а також глікоген. Всім знайомі ці речовини. Волокна бавовнику, льону складаються з довгих молекул клітковини. Клітковина входить до складу деревини.

Молекули клітковини розташовуються паралельно і міцно з'єднуються водневими зв'язками. Вони виникають між атомами кисню одних молекул і атомами водню, що входять до гідроксильної групи, інших. Таких зв'язків по всій довжині клітковини дуже багато. Тому «пакет» молекул має високу міцність.

При утворенні крохмалю молекули глюкози поєднуються, створюючи лінійні та розгалужені ланцюги. Крохмаль - це білий порошок, що розсипається. Він міститься в картоплі, в зернах різних злаків, овочах. Це необхідний компонент нашої їжі.

В організмах тварини та людини молекули глюкози, об'єднуючись, утворюють тваринний крохмаль – глікоген. Молекули глікогену більш розгалужені, ніж молекули крохмалю. Глікоген є сховищем глюкози: він забезпечує організм глюкозою при підвищених фізичних навантаженнях.

Глюкоза, крохмаль, клітковина мають велике значення у природі, а й у промисловості. Глюкозу використовують у харчовій промисловості, у медицині. Крохмаль застосовують для виготовлення кондитерських виробів. Клітковину використовують як волокнистого матеріалу й у отримання тканин, лаків, вибухових речовин.

Потрібна допомога у навчанні?

Попередня тема: Складні ефіри: жири
Наступна тема:   Білки: молекули білків та їх властивості

ПЕРЕВОРЮВАННЯ ТА ВСмоктування.

СИНТЕЗ І РОЗПАД ГЛІКОГЕНУ.

Індивідуальне завдання

студента біологічного ф-ту

групи 4120-2(б)

Менадієва Рамазана Ісметовича

Запоріжжя 2012

Коротка довідка про вуглеводи
2. Класифікація вуглеводів
3. Структурно-функціональні особливості організації моно- та дисахаридів: будова; перебування у природі; отримання; характеристика окремих представників
4.

7. Синтез та розпад глікогену
8. Висновки

9. Список літератури.

ВСТУП

Органічні сполуки становлять загалом 20-30 % маси клітини живого організму.

До них відносяться біологічні полімери: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул-гормонів, пігментів, АТФ та ін. У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук.

КОРОТКА ДОВІДКА ПРО ВУГЛИНИ

Вуглеводи - органічні сполуки, які з однієї чи багатьох молекул простих цукрів. Молярна маса вуглеводів коливається в межах від 100 до 1000000 Так (Дальтон-маса, приблизно рівна масі одного атома водню).

Їх загальну формулу зазвичай записують як Сn (Н2О) n (де n - щонайменше трьох). Вперше 1844 р. цей термін запровадив вітчизняний учений До.

Шмід (1822-1894). Назва «вуглеводи» виникла виходячи з аналізу перших відомих представників цієї групи сполук. Виявилося, що ці речовини складаються з вуглецю, водню та кисню, причому співвідношення числа атомів водню та кисню у них таке саме, як і у воді: на два атоми водню – один атом кисню. Таким чином їх розглядали як з'єднання вуглецю з водою. Надалі стало відомо багато вуглеводів, які не відповідають цій умові, проте назва «вуглеводи» досі залишається загальноприйнятою.

У тваринній клітині вуглеводи перебувають у кількості, яка перевищує 2-5 %. Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини, де їх вміст у деяких випадках досягає 90 % сухої маси (наприклад, у бульбах картоплі, насінні).

КЛАСИФІКАЦІЯ ВУГЛЕВОДІВ

Моносахариди – це кетонні або альдегідні похідні багатоатомних спиртів. Атоми вуглецю, водню та кисню, що входять до їх складу, знаходяться у співвідношенні 1:2:1.

Загальна формула для простих цукрів - (СН2О) n. Залежно від довжини вуглецевого скелета (кількості атомів вуглецю), їх поділяють на: тріози-С3, тетрози-С4, пентози-С5, гексози-С6 і т. д. Крім того, цукру поділяють на: групу, - С=О. До них належить | Н глюкоза:

H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH

У розчинах всі цукри, починаючи з пентоз, мають циклічну форму; у лінійній формі присутні лише тріози і тетрози. При утворенні циклічної форми атом кисню альдегідної групи зв'язується ковалентним зв'язком з передостаннім атомом вуглецю ланцюга, у результаті утворюються напівацеталі (у разі альдоз) та напівкеталі (у разі кетоз).

Цей цукор – один із проміжних продуктів фотосинтезу. Пентози зустрічаються в природних умовах головним чином як складові молекул складніше побудованих речовин, наприклад складних полісахаридів, що носять назву пентозанів, а також рослинних камедей. Пентози у значній кількості (10-15 %) містяться у деревині, соломі. У природі переважно зустрічається арабінозу.

Вона міститься у вишневому клеї, буряках та аравійській камеді, звідки її і отримують. Рибоза та дезоксирибоза широко представлені у тваринному та рослинному світі, це цукру, що входять до складу мономерів нуклеїнових кислот РНК та ДНК. Одержують рибозу епімеризацією арабінозу.

Ксилоза утворюється при гідролізі полісахариду ксилозану, що міститься в соломі, висівках, деревині, лушпинні соняшника. Продуктами різних типів бродіння ксилози є молочна, оцтова, лимонна, янтарна та інші кислоти.

Організмом людини ксилоза засвоюється погано. Гідролізати, що містять ксилозу, використовуються для вирощування деяких видів дріжджів, вони як білкове джерело застосовуються для годування сільськогосподарських тварин. При відновленні ксилози одержують спирт ксиліт, його використовують як замінник цукру для хворих на діабет.

Широко застосовують ксиліт як стабілізатор вологості та пластифікатор (у паперовій промисловості, парфумерії, виробництві целофану).

Він є одним із основних компонентів при отриманні низки поверхнево-активних речовин, лаків, клеїв. З гексоз найбільш широко поширені глюкоза, фруктоза, галактоза, їх загальна формула - С6Н12О6. Глюкоза (виноградний цукор, декстроза) міститься у соку винограду та інших солодких плодів та у невеликих кількостях - в організмах тварин та людини. Глюкоза входить до складу найважливіших дисахаридів - очеретяного та виноградного цукрів.

Високомолекулярні полісахариди, тобто крохмаль, глікоген (тваринний крохмаль) і клітковина, повністю побудовані з залишків молекул глюкози, з'єднаних один з одним у різний спосіб. Глюкоза – первинне джерело енергії для клітин. У крові людини глюкози міститься 0,1-0,12%, зниження показника викликає порушення життєдіяльності нервових та м'язових клітин, що іноді супроводжується судомами або непритомним станом. Рівень вмісту глюкози в крові регулюється складним механізмом роботи нервової системи та залоз внутрішньої секреції.

Глюкоза використовується в текстильному виробництві та деяких інших виробництвах як відновник. У медицині чиста глюкоза застосовується у вигляді розчинів для введення в кров при низці захворювань та у вигляді таблеток. З неї одержують вітамін С.

Галактоза разом із глюкозою входить до складу деяких глікозидів та полісахаридів. Залишки молекул галактози входять до складу найскладніших біополімерів - гангліозидів або глікосфінголіпідів. Вони виявлені в нервових вузлах (гангліях) людини та тварин і містяться також у тканині мозку, у селезінці в еритроцитах. Отримують галактозу головним чином гідроліз молочного цукру. Фруктоза (фруктовий цукор) у вільному стані міститься у фруктах, меді.

Входить до складу багатьох складних цукрів, наприклад тростинного цукру, з якого вона може бути отримана гідролізом. Утворює складно збудований високомолекулярний полісахарид інулін, що міститься в деяких рослинах. Фруктозу одержують також з інуліну. Фруктоза – цінний харчовий цукор; вона в 1,5 рази солодша за сахарозу і в 3 рази солодша за глюкозу. Вона добре засвоюється організмом. При відновленні фруктози утворюються сорбіт та маніт. Сорбіт застосовують як замінник цукру в харчуванні хворих на діабет; крім того, його використовують для виробництва аскорбінової кислоти (вітамін С).

Дисахариди - типові цукроподібні полісахариди. Це тверді речовини, або сиропи, що не кристалізуються, добре розчинні у воді.

Як аморфні, і кристалічні дисахариди зазвичай плавляться у певному інтервалі температур і, зазвичай, з розкладанням. Дисахариди утворюються внаслідок реакції конденсації між двома моносахаридами, зазвичай гексозами. Зв'язок між двома моносахаридами називають глікозидним зв'язком. Зазвичай вона утворюється між першим та четвертим вуглецевими атомами сусідніх моносахаридних одиниць (1,4-глікозидний зв'язок).

С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6

Солодовий цукор значно менш солодкий, ніж тростинний (в 0,6 рази за однакових концентрацій). Лактоза (молочний цукор).

Назва цього дисахарида виникла у зв'язку з отриманням з молока (від латів. lactum - молоко). При гідролізі лактоза розщеплюється на глюкозу та галактозу:

Лактоза відрізняється від інших цукрів відсутністю гігроскопічності: вона не відволожується. Молочний цукор застосовується як фармацевтичний препарат та харчування для немовлят. Лактоза в 4 або 5 разів менша солодка, ніж сахароза. Сахароза (тростинний або буряковий цукру). Назва виникла у зв'язку з її отриманням або з цукрових буряків, або з цукрової тростини. Тростинний цукор був відомий за багато століть до нашої ери.

Лише у середині XVIII в. цей дисахарид був виявлений у цукрових буряках і лише на початку ХІХ ст. він був отриманий у виробничих умовах. Сахароза дуже поширена у рослинному світі. Листя і насіння завжди містять невелику кількість сахарози. Вона міститься також у плодах (абрикосах, персиках, грушах, ананасах). Її багато в кленовому та пальмовому соках, кукурудзі. Це найбільш відомий і широко застосовуваний цукор.

При гідролізі з нього утворюються глюкоза та фруктоза:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

Суміш рівних кількостей глюкози та фруктози, що утворюється в результаті інверсії тростинного цукру (у зв'язку зі зміною в процесі гідролізу правого обертання розчину на ліве), називається інвертним цукром (інверсія обертання). Природним інвертним цукром є мед, що складається переважно з глюкози та фруктози. Сахарозу отримують у величезних кількостях.

КЛАСИФІКАЦІЯ ВУГЛЕВОДІВ

Цукровий буряк містить 16-20% сахарози, цукрова тростина - 14-26%. Промиті буряки подрібнюють і в апаратах багаторазово витягують сахарозу водою, що має температуру близько 80 град. Отриману рідину, що містить, крім сахарози, велику кількість різних домішок, обробляють вапном.

Вапно облягає у вигляді кальцієвих солей ряд органічних кислот, а також білки та деякі інші речовини. Частина вапна утворює з очеретяним цукром розчинні в холодній воді кальцієві сахарати, які руйнуються обробкою діоксидом вуглецю.

Осад карбонату кальцію відокремлюють фільтрацією, фільтрат після додаткового очищення упарюють у вакуумі до отримання кашкоподібної маси.

Кристали сахарози, що виділилися, відокремлюють за допомогою центрифуг. Так отримують сирий цукровий пісок, що має жовтуватий колір, матковий розчин бурого кольору, сироп, що не кристалізується (бурякова патока, або меляса). Цукровий пісок очищають (рафінують) та одержують готовий продукт.

1234Наступна ⇒

Дата публікації: 2015-11-01; Прочитано: 417 | Порушення авторського права сторінки

Глава I. ВУГЛЕВОДИ

§ 1. КЛАСИФІКАЦІЯ І ФУНКЦІЇ ВУГЛЕВОДІВ

Ще в давнину людство познайомилося з вуглеводами і навчилося використовувати їх у своєму повсякденному житті.

Бавовна, льон, деревина, крохмаль, мед, тростинний цукор - це лише деякі з вуглеводів, які відіграли важливу роль у розвиток цивілізації. Вуглеводи належать до найбільш поширених у природі органічних сполук. Вони є невід'ємними компонентами клітин будь-яких організмів, у тому числі бактерій, рослин та тварин. У рослинах частку вуглеводів припадає 80 – 90 % сухої маси, в тварин – близько 2 % маси тіла.

Їх синтез із вуглекислого газу та води здійснюється зеленими рослинами з використанням енергії сонячного світла ( фотосинтез). Сумарне стехіометричне рівняння цього процесу має вигляд:

Потім глюкоза та інші найпростіші вуглеводи перетворюються на складніші вуглеводи, наприклад, крохмаль і целюлозу.

Рослини використовують ці вуглеводи для вивільнення енергії у процесі дихання. Цей процес по суті оборотний процесу фотосинтезу:

Цікаво знати! Зелені рослини та бактерії в процесі фотосинтезу щорічно поглинають із атмосфери приблизно 200 млрд. т вуглекислого газу. При цьому відбувається вивільнення в атмосферу близько 130 млрд т кисню і синтезується 50 млрд. т.

т органічних сполук вуглецю, переважно вуглеводів.

Тварини не здатні з вуглекислого газу та води синтезувати вуглеводи.

Споживаючи вуглеводи з їжею, тварини витрачають накопичену у яких енергію підтримки процесів життєдіяльності.

Назва «вуглеводи» є історичною. Перші представники цих речовин описувалися сумарною формулою СmH2nOn або Cm(H2O)n. Інша назва вуглеводів – цукру- Пояснюється солодким смаком найпростіших вуглеводів.

За своєю хімічною структурою вуглеводи – складна та різноманітна група сполук. Серед них зустрічаються як прості сполуки з молекулярною масою близько 200, так і гігантські полімери, молекулярна маса яких досягає декількох мільйонів. Поряд з атомами вуглецю, водню та кисню до складу вуглеводів можуть входити атоми фосфору, азоту, сірки та, рідше, інших елементів.

Класифікація вуглеводів

Усі відомі вуглеводи можна поділити на великі групи – прості вуглеводи і складні вуглеводи.

Окрему групу складають вуглеводсодержащие змішані полімери, наприклад, глікопротеїни - комплекс з молекулою білка, гліколіпіди - комплекс з ліпідом, та ін.

Прості вуглеводи (моносахариди, або монози) є полігідроксикарбонільними сполуками, не здатними при гідролізі утворювати простіші вуглеводні молекули.

Якщо моносахариди містять альдегідну групу, вони відносяться до класу альдоз (альдегідоспиртів), якщо кетонну – до класу кетоз (кетоспиртів). Залежно від числа вуглецевих атомів у молекулі моносахаридів розрізняють тріози (С3), тетрози (С4), пентози (С5), гексози (С6) і т.д.

Найчастіше у природі зустрічаються пентози та гексози.

Складні вуглеводи (полісахариди, або поліози) є полімерами, побудованими з залишків моносахаридів.

Вони за гідролізу утворюють прості вуглеводи. Залежно від ступеня полімеризації їх поділяють на низькомолекулярні (олігосахариди, ступінь полімеризації яких зазвичай менше 10) і високомолекулярні. Олігосахариди – цукроподібні вуглеводи, розчинні у воді та солодкі на смак.

Їх за здатністю відновлювати іони металів (Cu2+, Ag+) ділять на відновлювальні та невідновлювальні. Полісахариди залежно від складу можна також розділити на дві групи: гомополісахариди та гетерополісахариди.

Гомополісахариди побудовані з моносахаридних залишків одного типу, а гетерополісахариди – із залишків різних моносахаридів.

Сказане з прикладами найпоширеніших представників кожної групи вуглеводів можна подати у вигляді наступної схеми:

Функції вуглеводів

Біологічні функції полісахаридів дуже різноманітні.

Енергетична та запасаюча функція

У вуглеводах міститься переважна більшість калорій, споживаних людиною з їжею.

Основним вуглеводом, що надходить з їжею, є крохмаль.

Вуглеводи: Їх класифікація та склад

Він міститься у хлібобулочних виробах, картоплі, у складі круп. У раціоні людини присутні також глікоген (у печінці та м'ясі), сахароза (як добавок до різних страв), фруктоза (у фруктах та меді), лактоза (у молоці).

Полісахариди, перш ніж засвоїтись організмом, мають бути гідролізовані за допомогою травних ферментів до моносахаридів. Тільки у такому вигляді вони всмоктуються у кров. З потоком крові моносахариди надходять до органів і тканин, де використовуються для синтезу власних вуглеводів або інших речовин, або піддаються розщепленню з метою вилучення з них енергії.

Енергія, що звільняється в результаті розщеплення глюкози, накопичується у вигляді АТФ.

Розрізняють два процеси розпаду глюкози: анаеробний (без кисню) і аеробний (у присутності кисню). В результаті анаеробного процесу утворюється молочна кислота.

яка при важких фізичних навантаженнях накопичується у м'язах та викликає біль.

В результаті аеробного процесу глюкоза окислюється до оксиду вуглецю (IV) і води:

Внаслідок аеробного розпаду глюкози звільняється значно більше енергії, ніж у результаті анаеробного.

Загалом при окисленні 1 г вуглеводів виділяється 16,9 кДж енергії.

Глюкоза може піддаватися спиртовому бродінню. Цей процес здійснюється дріжджами в анаеробних умовах:

Спиртове бродіння широко використовується у промисловості для вин та етилового спирту.

Людина навчилася використовувати не тільки спиртове бродіння, але й знайшла застосування молочнокислого бродіння, наприклад, для отримання молочнокислих продуктів та квашення овочів.

В організмі людини та тварин немає ферментів, здатних гідролізувати целюлозу, проте целюлоза є основним компонентом їжі для багатьох тварин, зокрема, для жуйних.

У шлунку цих тварин у великих кількостях містяться бактерії та найпростіші, що продукують фермент целюлазу, що каталізує гідроліз целюлози до глюкози. Остання може піддаватися подальшим перетворенням, у яких утворюються масляна, оцтова, пропионовая кислоти, здатні всмоктуватися в кров жуйних.

Вуглеводи виконують запасну функцію.

Так, крохмаль, сахароза, глюкоза у рослин та глікоген у тварин є енергетичним резервом їх клітин.

Структурна, опорна та захисна функції

Целюлоза у рослин та хітин у безхребетних та у грибах виконують опорну та захисну функції.

Полісахариди утворюють капсулу у мікроорганізмів, зміцнюючи цим мембрану. Ліполісахариди бактерій та глікопротеїни поверхні тварин клітин забезпечують вибірковість міжклітинної взаємодії та імунологічних реакцій організму. Рибоза є будівельним матеріалом для РНК, а дезоксирибозу – для ДНК.

Захисну функцію виконує гепарин. Цей вуглевод, будучи інгібітором зсідання крові, запобігає утворенню тромбів. Він міститься в крові та сполучній тканині ссавців.

Клітинні стінки бактерій, утворені полісахаридами, скріплені короткими ланцюжками амінокислотними, захищають бактеріальні клітини від несприятливих впливів. Вуглеводи беруть участь у ракоподібних і комах у побудову зовнішнього скелета, що виконує захисну функцію.

Регуляторна функція

Клітковина посилює перистальтику кишечника, покращуючи цим травлення.

Цікава можливість використання вуглеводів як джерело рідкого палива – етанолу.

З давніх-давен використовували деревину для обігріву жител і приготування їжі. У суспільстві цей вид палива витісняється іншими видами – нафтою і вугіллям, дешевшими і зручнішими у використанні. Однак рослинна сировина, незважаючи на деякі незручності у використанні, на відміну від нафти та вугілля є відновлюваним джерелом енергії. Але його застосування в двигунах внутрішнього згоряння утруднене. Для цього краще використовувати рідке паливо або газ.

З низькосортної деревини, соломи або іншої сировини, що містять целюлозу або крохмаль, можна отримати рідке паливо - етиловий спирт.

Для цього необхідно спочатку гідролізувати целюлозу або крохмаль і отримати глюкозу:

а потім отриману глюкозу піддати спиртовому бродінню та отримати етиловий спирт. Після очищення його можна використовувати у вигляді палива у двигунах внутрішнього згоряння. Слід зазначити, що у Бразилії з цією метою щорічно з цукрової тростини, сорго та маніока отримують мільярди літрів спирту та використовують його у двигунах внутрішнього згоряння.

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ВУГЛЕВОДІВ.

ПЕРЕВОРЮВАННЯ ТА ВСмоктування.

СИНТЕЗ І РОЗПАД ГЛІКОГЕНУ.

Індивідуальне завдання

студента біологічного ф-ту

групи 4120-2(б)

Менадієва Рамазана Ісметовича

Запоріжжя 2012

Біологічна роль біополімерів - полісахаридів
5. Хімічні властивості вуглеводів
6. Перетравлення та всмоктування

7. Синтез та розпад глікогену
8. Висновки

9. Список літератури.

ВСТУП

Органічні сполуки становлять загалом 20-30 % маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул-гормонів, пігментів, АТФ та ін. У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук.

У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи-полісахариди, у тварин – більше білків та жирів. Тим не менш, кожна з груп органічних речовин у будь-якому типі клітин виконує подібні функції: забезпечує енергію, є будівельним матеріалом.

КОРОТКА ДОВІДКА ПРО ВУГЛИНИ

Вуглеводи - органічні сполуки, які з однієї чи багатьох молекул простих цукрів.

Молярна маса вуглеводів коливається в межах від 100 до 1000000 Так (Дальтон-маса, приблизно рівна масі одного атома водню). Їх загальну формулу зазвичай записують як Сn (Н2О) n (де n - щонайменше трьох). Вперше 1844 р. цей термін запровадив вітчизняний учений До. Шмід (1822-1894). Назва «вуглеводи» виникла виходячи з аналізу перших відомих представників цієї групи сполук. Виявилося, що ці речовини складаються з вуглецю, водню та кисню, причому співвідношення числа атомів водню та кисню у них таке саме, як і у воді: на два атоми водню – один атом кисню.

Таким чином їх розглядали як з'єднання вуглецю з водою. Надалі стало відомо багато вуглеводів, які не відповідають цій умові, проте назва «вуглеводи» досі залишається загальноприйнятою. У тваринній клітині вуглеводи перебувають у кількості, яка перевищує 2-5 %. Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини, де їх вміст у деяких випадках досягає 90 % сухої маси (наприклад, у бульбах картоплі, насінні).

КЛАСИФІКАЦІЯ ВУГЛЕВОДІВ

Виділяють три групи вуглеводів: моносахариди, або прості цукри (глюкоза, фруктоза); олігосахариди - сполуки, що складаються з 2-10 послідовно з'єднаних молекул простих цукрів (цукрозу, мальтозу); полісахариди, що містять понад 10 молекул цукрів (крохмаль, целюлоза).

СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНІ ОСОБЛИВОСТІ ОРГАНІЗАЦІЇ МОНО- та ДИСАХАРИДІВ: БУДОВА; ЗНАХОДЖЕННЯ В ПРИРОДІ; ОТРИМАННЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОКРЕМИХ ПРЕДСТАВНИКІВ

Моносахариди – це кетонні або альдегідні похідні багатоатомних спиртів. Атоми вуглецю, водню та кисню, що входять до їх складу, знаходяться у співвідношенні 1:2:1. Загальна формула для простих цукрів - (СН2О) n. Залежно від довжини вуглецевого скелета (кількості атомів вуглецю) їх поділяють на: тріози-С3, тетрози-С4, пентози-С5, гексози-С6 і т.д.

д. Крім того, цукру поділяють на: - альдози, що мають у складі альдегідну групу, - С=О. До них належить | Н глюкоза:

H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH

Кетози, що мають у складі кетонну групу, - C-. До них, наприклад, | відноситься фруктоза.

У розчинах всі цукри, починаючи з пентоз, мають циклічну форму; у лінійній формі присутні лише тріози і тетрози.

При утворенні циклічної форми атом кисню альдегідної групи зв'язується ковалентним зв'язком з передостаннім атомом вуглецю ланцюга, у результаті утворюються напівацеталі (у разі альдоз) та напівкеталі (у разі кетоз).

Характеристика моносахаридів, окремі представники

З тетроз у процесах обміну найважливіша еритрозу.

Цей цукор – один із проміжних продуктів фотосинтезу. Пентози зустрічаються в природних умовах головним чином як складові молекул складніше побудованих речовин, наприклад складних полісахаридів, що носять назву пентозанів, а також рослинних камедей.

Пентози у значній кількості (10-15 %) містяться у деревині, соломі. У природі переважно зустрічається арабінозу. Вона міститься у вишневому клеї, буряках та аравійській камеді, звідки її і отримують. Рибоза та дезоксирибоза широко представлені у тваринному та рослинному світі, це цукру, що входять до складу мономерів нуклеїнових кислот РНК та ДНК. Одержують рибозу епімеризацією арабінозу.

Ксилоза утворюється при гідролізі полісахариду ксилозану, що міститься в соломі, висівках, деревині, лушпинні соняшника. Продуктами різних типів бродіння ксилози є молочна, оцтова, лимонна, янтарна та інші кислоти. Організмом людини ксилоза засвоюється погано.

Гідролізати, що містять ксилозу, використовуються для вирощування деяких видів дріжджів, вони як білкове джерело застосовуються для годування сільськогосподарських тварин. При відновленні ксилози одержують спирт ксиліт, його використовують як замінник цукру для хворих на діабет. Широко застосовують ксиліт як стабілізатор вологості та пластифікатор (у паперовій промисловості, парфумерії, виробництві целофану). Він є одним із основних компонентів при отриманні низки поверхнево-активних речовин, лаків, клеїв.

З гексоз найбільш широко поширені глюкоза, фруктоза, галактоза, їх загальна формула - С6Н12О6. Глюкоза (виноградний цукор, декстроза) міститься у соку винограду та інших солодких плодів та у невеликих кількостях - в організмах тварин та людини. Глюкоза входить до складу найважливіших дисахаридів - очеретяного та виноградного цукрів. Високомолекулярні полісахариди, тобто крохмаль, глікоген (тваринний крохмаль) і клітковина, повністю побудовані з залишків молекул глюкози, з'єднаних один з одним у різний спосіб.

Глюкоза – первинне джерело енергії для клітин. У крові людини глюкози міститься 0,1-0,12%, зниження показника викликає порушення життєдіяльності нервових та м'язових клітин, що іноді супроводжується судомами або непритомним станом. Рівень вмісту глюкози в крові регулюється складним механізмом роботи нервової системи та залоз внутрішньої секреції.

Одне з масових важких ендокринних захворювань – цукровий діабет – пов'язане з гіпофункцією острівцевих зон підшлункової залози. Супроводжується значним зниженням проникності мембрани м'язових та жирових клітин для глюкози, що призводить до підвищення вмісту глюкози у крові, а також у сечі. Глюкозу для медичних цілей одержують шляхом очищення – перекристалізації – технічної глюкози з водних або водно-спиртових розчинів.

Глюкоза використовується в текстильному виробництві та деяких інших виробництвах як відновник. У медицині чиста глюкоза застосовується у вигляді розчинів для введення в кров при низці захворювань та у вигляді таблеток.

З неї отримують вітамін С. Галактоза разом із глюкозою входить до складу деяких глікозидів та полісахаридів. Залишки молекул галактози входять до складу найскладніших біополімерів - гангліозидів або глікосфінголіпідів. Вони виявлені в нервових вузлах (гангліях) людини та тварин і містяться також у тканині мозку, у селезінці в еритроцитах. Отримують галактозу головним чином гідроліз молочного цукру. Фруктоза (фруктовий цукор) у вільному стані міститься у фруктах, меді.

Входить до складу багатьох складних цукрів, наприклад тростинного цукру, з якого вона може бути отримана гідролізом. Утворює складно збудований високомолекулярний полісахарид інулін, що міститься в деяких рослинах. Фруктозу одержують також з інуліну. Фруктоза – цінний харчовий цукор; вона в 1,5 рази солодша за сахарозу і в 3 рази солодша за глюкозу.

Вона добре засвоюється організмом. При відновленні фруктози утворюються сорбіт та маніт. Сорбіт застосовують як замінник цукру в харчуванні хворих на діабет; крім того, його використовують для виробництва аскорбінової кислоти (вітамін С).

При окисленні фруктоза дає винну та щавлеву кислоту.

Дисахариди - типові цукроподібні полісахариди. Це тверді речовини, або сиропи, що не кристалізуються, добре розчинні у воді. Як аморфні, і кристалічні дисахариди зазвичай плавляться у певному інтервалі температур і, зазвичай, з розкладанням. Дисахариди утворюються внаслідок реакції конденсації між двома моносахаридами, зазвичай гексозами. Зв'язок між двома моносахаридами називають глікозидним зв'язком. Зазвичай вона утворюється між першим та четвертим вуглецевими атомами сусідніх моносахаридних одиниць (1,4-глікозидний зв'язок).

Цей процес може повторюватися безліч разів, у результаті і з'являються гігантські молекули полісахаридів. Після того, як моносахаридні одиниці з'єднаються один з одним, їх називають залишками. Таким чином, мальтоза складається з двох залишків глюкози. Серед дисахаридів найбільш поширені мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза), сахароза (глюкоза + фруктоза).

ОКРЕЛЬНІ ПРЕДСТАВНИКИ ДИСАХАРИДІВ

Мальтоза (солодовий цукор) має формулу С12Н22О11.

Вуглеводи. Класифікація. Функції

Назва виникла у зв'язку зі способом отримання мальтози: її одержують із крохмалю при дії солоду (лат. maltum – солод). В результаті мальтозу гідролізу розщеплюється на дві молекули глюкози:

С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6

Солодовий цукор є проміжним продуктом при гідролізі крохмалю, він широко поширений у рослинних та тваринних організмах.

Солодовий цукор значно менш солодкий, ніж тростинний (в 0,6 рази за однакових концентрацій). Лактоза (молочний цукор). Назва цього дисахарида виникла у зв'язку з отриманням з молока (від лат.

lactum – молоко). При гідролізі лактоза розщеплюється на глюкозу та галактозу:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

Лактозу одержують із молока: у коров'ячому молоці її міститься 4-5,5 %, у жіночому молоці - 5,5-8,4 %.

Лактоза відрізняється від інших цукрів відсутністю гігроскопічності: вона не відволожується. Молочний цукор застосовується як фармацевтичний препарат та харчування для немовлят.

Лактоза в 4 або 5 разів менша солодка, ніж сахароза. Сахароза (тростинний або буряковий цукру). Назва виникла у зв'язку з її отриманням або з цукрових буряків, або з цукрової тростини. Тростинний цукор був відомий за багато століть до нашої ери. Лише у середині XVIII в. цей дисахарид був виявлений у цукрових буряках і лише на початку ХІХ ст. він був отриманий у виробничих умовах.

Сахароза дуже поширена у рослинному світі. Листя і насіння завжди містять невелику кількість сахарози. Вона міститься також у плодах (абрикосах, персиках, грушах, ананасах). Її багато в кленовому та пальмовому соках, кукурудзі. Це найбільш відомий і широко застосовуваний цукор. При гідролізі з нього утворюються глюкоза та фруктоза:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

Суміш рівних кількостей глюкози та фруктози, що утворюється в результаті інверсії тростинного цукру (у зв'язку зі зміною в процесі гідролізу правого обертання розчину на ліве), називається інвертним цукром (інверсія обертання).

Природним інвертним цукром є мед, що складається переважно з глюкози та фруктози. Сахарозу отримують у величезних кількостях. Цукровий буряк містить 16-20% сахарози, цукрова тростина - 14-26%. Промиті буряки подрібнюють і в апаратах багаторазово витягують сахарозу водою, що має температуру близько 80 град.

Отриману рідину, що містить, крім сахарози, велику кількість різних домішок, обробляють вапном. Вапно облягає у вигляді кальцієвих солей ряд органічних кислот, а також білки та деякі інші речовини.

Частина вапна утворює з очеретяним цукром розчинні в холодній воді кальцієві сахарати, які руйнуються обробкою діоксидом вуглецю.

Осад карбонату кальцію відокремлюють фільтрацією, фільтрат після додаткового очищення упарюють у вакуумі до отримання кашкоподібної маси. Кристали сахарози, що виділилися, відокремлюють за допомогою центрифуг. Так отримують сирий цукровий пісок, що має жовтуватий колір, матковий розчин бурого кольору, сироп, що не кристалізується (бурякова патока, або меляса).

Цукровий пісок очищають (рафінують) та одержують готовий продукт.

1234Наступна ⇒

Дата публікації: 2015-11-01; Прочитано: 416 | Порушення авторського права сторінки

studopedia.org - Студопедія. Орг - 2014-2018 рік. (0.002 с) ...

Вуглеводи (цукор а , сахариди) - органічні речовини, що містять карбонільну групу та кілька гідроксильних груп. Назва класу сполук походить від слів «гідрати вуглецю», вона була вперше запропонована К. Шмідтом у 1844 році. Поява такої назви пов'язана з тим, що перші з відомих вуглеводів науці описувалися брутто-формулою C x (H 2 O) y , формально будучи сполуками вуглецю і води.

Усі вуглеводи складаються з окремих «одиниць», якими є сахариди. За здатністю гідролізу на мономери вуглеводи діляться на дві групи: прості і складні. Вуглеводи, що містять одну одиницю, називаються моносахариди, дві одиниці – дисахариди, від двох до десяти одиниць – олігосахариди, а понад десять – полісахариди. Звичайні моносахариди являють собою поліокси-альдегіди (альдози) або півпоксикетони (кетози) з лінійним ланцюгом атомів вуглецю (m = 3-9), кожен з яких (крім карбонильного вуглецю) пов'язаний із гідроксильною групою. Найпростіший моносахарид - гліцериновий альдегід - містить один асиметричний атом вуглецю і відомий у вигляді двох оптичних антиподів (D і L). Моносахариди швидко підвищують вміст цукру в крові, і мають високий глікемічний індекс, тому їх ще називають швидкими вуглеводами. Вони легко розчиняються у воді та синтезуються у зелених рослинах. Вуглеводи, що складаються з 3 або більше одиниць, називаються складними. Продукти, багаті на повільні вуглеводи поступово підвищують вміст глюкози і мають низький глікемічний індекс, тому їх ще називають повільними вуглеводами. Складні вуглеводи є продуктами поліконденсації простих цукрів (моносахаридів) і, на відміну від простих, у процесі гідролітичного розщеплення здатні розпадатися на мономери з утворенням сотні та тисячі молекул моносахаридів.

У живих організмах вуглеводи виконують такі функції:

1. Структурна та опорна функції. Вуглеводи беруть участь у побудові різних опорних структур. Так целюлоза є основним структурним компонентом клітинних стінок рослин, хітин виконує аналогічну функцію у грибів, а також забезпечує жорсткість екзоскелета членистоногих.

2. Захисна роль рослин. Деякі рослини мають захисні утворення (шипи, колючки та ін.), що складаються з клітинних стінок мертвих клітин.

3. Пластична функція. Вуглеводи входять до складу складних молекул (наприклад, пентози (рибоза та дезоксирибоза) беруть участь у побудові АТФ, ДНК та РНК).

4. Енергетична функція. Вуглеводи служать джерелом енергії: при окисленні 1 г вуглеводів виділяються 4,1 ккал енергії і 0,4 г води.

5. Запасна функція. Вуглеводи виступають як запасні поживні речовини: глікоген у тварин, крохмаль і інулін - у рослин.

6. Осмотична функція. Вуглеводи беруть участь у регуляції осмотичного тиску в організмі. Так, у крові міститься 100-110 мг/% глюкози, від концентрації глюкози залежить осмотичний тиск крові.

7. Рецепторна функція. Олігосахариди входять до складу частини багатьох клітинних рецепторів або молекул-лігандів, що сприймає.

18. Моносахариди: тріози, тетрози, пентози, гексози. Будова, відкриті та циклічні форми. Оптична ізомерія. Хімічні властивості глюкози, фруктози. Якісні реакції на глюкозу.

Моносахариди(від грецької monos- єдиний, sacchar- цукор) - найпростіші вуглеводи, що не гідролізуються з утворенням більш простих вуглеводів - зазвичай являють собою безбарвні, легко розчинні у воді, погано - у спирті і зовсім нерозчинні в ефірі, тверді прозорі органічні сполуки, одна з основних груп вуглеводів, найпростіша форма цукру . Водні розчини мають нейтральну pH. Деякі моносахариди мають солодкий смак. Моносахариди містять карбонільну (альдегідну або кетонну) групу, тому їх можна розглядати як похідні багатоатомних спиртів. Моносахарид, у якого карбонільна група розташована в кінці ланцюга, являє собою альдегід і називається альдоза. При будь-якому іншому положенні карбонільної групи моносахарид є кетоном і називається кетоза. Залежно від довжини вуглецевого ланцюга (від трьох до десяти атомів) розрізняють тріози, тетрози, пентози, гексози, гептозиі так далі. Серед них найбільшого поширення в природі набули пентози та гексози. Моносахариди - стандартні блоки, з яких синтезуються дисахариди, олігосахариди та полісахариди.

У природі у вільному вигляді найбільш поширена D-глюкоза (виноградний цукор або декстроза, C 6 H 12 O 6) - шестиатомний цукор ( гексоза), структурна одиниця (мономер) багатьох полісахаридів (полімерів) - дисахаридів: (мальтози, сахарози та лактози) та полісахаридів (целюлоза, крохмаль). Інші моносахариди, переважно, відомі як компоненти ді-, олиго- чи полісахаридів і у вільному стані зустрічаються рідко. Природні полісахариди служать основними джерелами моносахаридів.

Якісна реакція:

Приллємо до розчину глюкози кілька крапель розчину сульфату міді (II) та розчин лугу. Осаду гідроксиду міді не утворюється. Розчин забарвлюється у яскраво-синій колір. В даному випадку глюкоза розчиняє гідроксид міді (II) і поводиться як багатоатомний спирт, утворюючи комплексну сполуку.
Нагріємо розчин. У умовах реакція з гідроксидом міді (II) демонструє відновлювальні властивості глюкози. Колір розчину починає змінюватись. Спочатку утворюється жовтий осад Cu 2 O, який з часом утворює більші кристали CuO червоного кольору. Глюкоза у своїй окислюється до глюконової кислоти.

2HOСН 2 -(СНOH) 4)-СН=O + Cu(OH) 2 2HOСН 2 -(СНOH) 4)-СOOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O

19. Олігосахариди: будова, властивості. Дисахариди: мальтоза, лактоза, целобіоз, сахароза. Біологічна роль.

Основна маса олігосахаридівпредставлена ​​дисахаридами, серед яких важливу роль для організму тварин відіграють сахароза, мальтоза та лактоза. Дисахарид целобіозу має важливе значення для життя рослин.
Дисахариди (біози) при гідролізі утворюють два однакові або різні моносахариди. Для встановлення їхньої будівлі необхідно знати, з яких моноз побудований дисахарид; у якій формі, фуранозної або піранозної, знаходиться моносахарид у дисахариді; за участю яких гідроксилів пов'язані дві молекули простого цукру.
Дисахарид можна розділити на дві групи: не відновлюючі і відновлювальні цукру.
До першої групи належить трегалозу (грибний цукор). До таутомерії вона нездатна: ефірний зв'язок між двома залишками глюкози утворений за участю обох глюкозидних гідроксилів.
До другої групи відноситься мальтоза (солодовий цукор). Вона здатна до таутомерії, так як для утворення ефірного зв'язку використаний тільки один із глюкозидних гідроксилів і, отже, містить у прихованій формі альдегідну групу. Відновлюючий дисахарид здатний до мутаротації. Він реагує з реактивами на карбонільну групу (аналогічно глюкозі), відновлюється в багатоатомний спирт, окислюється в кислоту
Гідроксильні групи дисахаридів вступають у реакції алкілування та ацилювання.
Сахароза(Буряковий, тростинний цукор). Дуже поширений у природі. Виходить із цукрових буряків (вміст до 28% від сухої речовини) та цукрової тростини. Є цукром, що не відновлює, так як і кисневий місток утворений за участю обох глікозидних гідроксильних груп.

Мальтоза(Від англ. malt- солод) - солодовий цукор, природний дисахарид, що складається з двох залишків глюкози; міститься у великих кількостях у пророслих зернах (солоді) ячменю, жита та інших зернових; виявлений також у томатах, у пилку та нектарі ряду рослин. Мальтоза легко засвоюється організмом людини. Розщеплення мальтози до двох залишків глюкози відбувається в результаті дії ферменту a-глюкозидази, або мальтази, яка міститься в травних соках тварин і людини, у пророслому зерні, у цвілевих грибах та дріжджах.

Целлобіоза- 4-(β-глюкозидо)-глюкоза, дисахарид, що складається з двох залишків глюкози, з'єднаних β-глюкозидним зв'язком; основна структурна одиниця целюлози Целлобіоз утворюється при ферментативному гідролізі целюлози бактеріями, що живуть у шлунково-кишковому тракті жуйних тварин. Потім целобіоз розщеплюється бактеріальним ферментом β-глюкозидазою (целобіазою) до глюкози, що забезпечує засвоєння жуйними целюлозної частини біомаси.

Лактоза(молочний цукор) С12Н22О11 - вуглевод групи дисахаридів, що міститься в молоці. Молекула лактози складається із залишків молекул глюкози та галактози. Застосовують для приготування живильних середовищ, наприклад, при виробництві пеніциліну. Використовують як допоміжну речовину (наповнювач) у фармацевтичній промисловості. З лактози отримують лактулозу – цінний препарат для лікування кишкових розладів, наприклад, запору.

20. Гомополісахариди: крохмаль, глікоген, целюлоза, декстрини. Будова, властивості. Біологічна роль. Якісна реакція на крохмаль.

Гомополісахариди ( глікани ), що складаються із залишків одного моносахариду, можуть бути гексозами або пентозами, тобто як мономер може бути використана гексоза або пентоза. Залежно від хімічної природи полісахариду розрізняють глюкани (з залишків глюкози), маннани (з маннози), галактани (з галактози) та інші подібні сполуки. До групи гомополісахаридів належать органічні сполуки рослинної (крохмаль, целюлоза, пектинові речовини), тварини (глікоген, хітин) та бактеріальної ( декстрани) походження .

Полісахариди необхідні для життєдіяльності тварин та рослинних організмів. Це один із основних джерел енергії організму, що утворюється в результаті обміну речовин. Полісахариди беруть участь у імунних процесах, забезпечують зчеплення клітин у тканинах, є основною масою органічної речовини у біосфері.

Крохмаль (C 6 H 10 O 5) n - суміш двох гомополісахаридів: лінійного - амілози та розгалуженого - амілопектину, мономером яких є альфа-глюкоза. Біла аморфна речовина, не розчинна в холодній воді, здатна до набухання і частково розчинна в гарячій воді. Молекулярна маса 105-107 Дальтон. Крохмаль, синтезований різними рослинами в хлоропластах, під впливом світла при фотосинтезі, трохи відрізняється структурою зерен, ступеня полімеризації молекул, будовою полімерних ланцюгів і фізико-хімічним властивостям. Як правило, вміст амілози в крохмалі становить 10-30%, амілопектину - 70-90%. Молекула амілози містить у середньому близько 1000 залишків глюкози, пов'язаних між собою альфа-1,4 зв'язками. Окремі лінійні ділянки молекули амілопектину складаються з 20-30 таких одиниць, а в точках розгалуження амілопектину залишки глюкози пов'язані міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. При частковому кислотному гідролізі крохмалю утворюються полісахариди меншою мірою полімеризації - декстрини ( C 6 H 10 O 5) p, а при повному гідролізі - глюкоза.

Глікоген (C 6 H 10 O 5) n - полісахарид, побудований із залишків альфа-D-глюкози - головний резервний полісахарид вищих тварин і людини, міститься у вигляді гранул у цитоплазмі клітин практично у всіх органах і тканинах, проте, найбільша його кількість накопичується в м'язах та печінці. Молекула глікогену побудована з поліглюкозидних ланцюгів, що гілкуються, в лінійній послідовності яких, залишки глюкози з'єднані за допомогою альфа-1,4-зв'язками, а в точках розгалуження міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. Емпірична формула глікогену ідентична формулі крохмалю. За хімічною будовою глікоген близький до амілопектину з більш вираженою розгалуженістю ланцюгів, тому іноді називається неточним терміном «крохмаль тварин». Молекулярна маса 105-108 Дальтон і вище. В організмах тварин є структурним та функціональним аналогом полісахариду рослин крохмалю. Глікоген утворює енергетичний резерв, який при необхідності заповнити раптовий недолік глюкози може бути швидко мобілізований - сильне розгалуження його молекули веде до наявності великої кількості кінцевих залишків, що забезпечують можливість швидкого відщеплення потрібної кількості молекул глюкози. На відміну від запасу тригліцеридів (жирів), запас глікогену не настільки ємний (в калоріях на грам). Тільки глікоген, запасений у клітинах печінки (гепатоцитах) може бути перероблений у глюкозу для харчування всього організму, при цьому гепатоцити здатні накопичувати до 8 відсотків своєї ваги у вигляді глікогену, що є максимальною концентрацією серед усіх видів клітин. Загальна маса глікогену в печінці дорослих може досягати 100-120 г. У м'язах глікоген розщеплюється на глюкозу виключно для локального споживання і накопичується в менших концентраціях (не більше 1 % від загальної маси м'язів), проте загальний запас у м'язах може перевищувати запас, накопичений у гепатоцитах.

Целюлоза(Клітковина) - найбільш поширений структурний полісахарид рослинного світу, що складається з залишків альфа-глюкози, представлених в бета-піранозна формі. Таким чином, в молекулі бета-глюкопіранозні целюлози мономерні одиниці лінійно з'єднані між собою бета-1,4-зв'язками. При частковому гідроліз целюлози утворюється дисахарид целобіозу, а при повному - D-глюкоза. У шлунково-кишковому тракті людини целюлоза не перетравлюється, тому що набір травних ферментів не містить бета-глюкозидазу. Тим не менш, наявність оптимальної кількості рослинної клітковини в їжі сприяє нормальному формуванню калових мас. Маючи велику механічну міцність, целюлоза виконує роль опорного матеріалу рослин, наприклад, у складі деревини її частка варіює від 50 до 70 %, а бавовна є практично стовідсотковою целюлозою.

Якісна реакція на крохмаль проводиться зі спиртовим розчином йоду. При взаємодії з йодом крохмаль утворює комплексне поєднання синьо-фіолетового кольору.

Для організму людини, як і інших живих істот, необхідна енергія. Без неї неможливе протікання жодних процесів. Адже кожна біохімічна реакція, будь-який ферментативний процес чи етап метаболізму потребує енергетичного джерела.

Тому значення речовин, які надають організму сили життя, дуже велике і важливо. Які ж це речовини? Вуглеводи, білки, кожного з них по-різному, вони відносяться до різних класів хімічних сполук, але одна з їх функцій схожа - забезпечення організму необхідною енергією для життєдіяльності. Розглянемо одну групу з перерахованих речовин – вуглеводи.

Класифікація вуглеводів

Склад та будова вуглеводів з моменту їх відкриття визначалися їхньою назвою. Адже, за ранніми джерелами, вважалося, що це така група сполук, у структурі яких є атоми вуглецю, пов'язані з молекулами води.

Більш ретельний аналіз, а також накопичені відомості про різноманітність цих речовин дозволили довести, що не всі представники мають лише такий склад. Однак ця ознака, як і раніше, одна з тих, що визначає будову вуглеводів.

Сучасна класифікація цієї групи сполук виглядає так:

1. Моносахариди (рибоза, фруктоза, глюкоза тощо).
2. Олігосахариди (біози, тріози).
3. Полісахариди (крохмаль, целюлоза).

Також усі вуглеводи можна розділити на дві такі великі групи:

• відновлюючі;
• невідновлювальні.

Будова молекул вуглеводів кожної групи розглянемо докладніше.

Моносахариди: характеристика

До цієї категорії належать усі прості вуглеводи, які містять альдегідну (альдози) або кетонну (кетози) угруповання і не більше 10 атомів вуглецю в будові ланцюга. Якщо дивитися за кількістю атомів в основний ланцюг, то моносахариди можна розділити на:

• тріози (гліцериновий альдегід);
• тетрози (еритрулоза, еритрозу);
• пентози (рибоза та дезоксирибоза);
• гексоз (глюкоза, фруктоза).

Решта представників мають менш важливе значення для організму, як перелічені.

Особливості будови молекул

За своєю будовою монози можуть бути як у вигляді ланцюжка, і у формі циклічного вуглеводу. Як це відбувається? Вся річ у тому, що центральний атом вуглецю у поєднанні є асиметричним центром, навколо якого молекула у розчині здатна обертатися. Так формуються оптичні ізомери моносахаридів L-і D-форми. При цьому формулу глюкози, записану у вигляді прямого ланцюжка, можна подумки схопити за альдегідне угруповання (або кетонне) і згорнути в клубок. Вийде відповідна циклічна формула.

Вуглеводів ряду моноз досить просте: ряд вуглецевих атомів, що утворюють ланцюг або цикл, від кожного з яких по різні або по один бік розташовуються гідроксильні угруповання та атоми водню. Якщо всі однойменні структури по одну сторону, тоді формується D-ізомер, якщо по різні з чергуванням один одного - тоді L-ізомер. Якщо записати загальну формулу найпоширенішого представника моносахаридів глюкози в молекулярному вигляді, вона матиме вигляд: З 6 Н 12 Про 6 . Причому цей запис відображає будову та фруктози теж. Адже хімічно ці дві монози – структурні ізомери. Глюкоза – альдегідоспірт, фруктоза – кетоспирт.

Будова та властивості вуглеводів ряду моносахаридів тісно взаємопов'язані. Адже через наявність альдегідного та кетонного угруповання у складі структури вони відносяться до альдегідо- та кетоноспиртів, що і визначає їхню хімічну природу та реакції, в які вони здатні вступати.

Так, глюкоза виявляє такі хімічні властивості:

1. Реакції, зумовлені наявністю карбонільної групи:

• окиснення - реакція "срібного дзеркала";
• зі свіжоосадженим (II) - альдонова кислота;
• сильні окислювачі здатні сформувати двоосновні кислоти (альдарові), перетворюючи не тільки альдегідну, а й одне гідроксильне угруповання;
• відновлення - перетворюється на багатоатомні спирти.

2. У молекулі є і гідроксильні групи, що відображає будову. Властивості вуглеводів, на які впливають дані угруповання:

• здатність до алкілування - утворенню простих ефірів;
• ацилювання - формування;
• якісна реакція на гідроксид міді (ІІ).

3. Вузькоспецифічні властивості глюкози:

• олійнокисле;
• спиртове;
• молочнокисле бродіння.

Функції, що виконуються в організмі

Будова та функції вуглеводів ряду моноз тісно пов'язані. Останні полягають, передусім, участі у біохімічних реакціях живих організмів. Яку роль відіграють моносахариды у цьому?

1. Основа для виробництва оліго- та полісахаридів.
2. Пентози (рибоза та дезоксирибоза) – найважливіші молекули, що беруть участь в утворенні АТФ, РНК, ДНК. А вони, своєю чергою, головні постачальники спадкового матеріалу, енергії та білка.
3. Концентраційний вміст глюкози в крові людини – правильний показник осмотичного тиску та його змін.

Олігосахариди: будова

Будова вуглеводів цієї групи зводиться до наявності двох (діози) чи трьох (тріози) молекул моносахаридів у складі. Існують і ті, у складі яких 4, 5 та більше структур (до 10), проте найпоширенішими є дисахариди. Тобто при гідролізі такі сполуки розпадаються з утворенням глюкози, фруктози, пентози тощо. Які сполуки належать до цієї категорії? Типовий приклад - (звичайний очеретяний (основний компонент молока), мальтоза, лактулоза, ізомальтоза.

Хімічна будова вуглеводів цього ряду має такі особливості:

1. Загальна формула молекулярного виду: 12 Н 22 Про 11.
2. Два однакові або різні залишки монози в структурі дисахариду з'єднуються між собою за допомогою глікозидного містка. Від характеру цієї сполуки залежатиме здатність цукру, що відновлює.
3. Відновлюючі дисахариди. Будова вуглеводів даного типу полягає в утворенні глікозидного містка між гідроксилом альдегідної та гідроксильної групи різних молекул моноз. Сюди відносяться: мальтоза, лактоза тощо.
4. Невідновлювальні – типовий приклад сахароза – коли місток формується між гідроксилами лише відповідних груп, без участі альдегідної структури.

Таким чином, будову вуглеводів коротко можна подати у вигляді молекулярної формули. Якщо ж потрібна докладна розгорнута структура, то зобразити її можна з допомогою графічних проекцій Фішера чи формул Хеуорса. А саме два циклічні мономери (монози) або різні, або однакові (залежить від олігосахариду), з'єднані між собою глікозидним містком. При побудові слід враховувати здатність, що відновлює, для правильного відображення зв'язку.

Приклади молекул дисахаридів

Якщо завдання стоїть у формі: "Визначте особливості будови вуглеводів", то для дисахаридів найкраще спочатку вказати, з яких залишків моноз він складається. Найпоширеніші типи такі:

• сахароза - побудована з альфа-глюкози та бетта-фруктози;
• мальтоза – із залишків глюкози;
• целобіоз - складається з двох залишків бета-глюкози D-форми;
• лактоза – галактоза + глюкоза;
• лактулоза – галактоза + фруктоза тощо.

Потім за наявними залишками слід складати структурну формулу з чітким прописуванням типу глікозидного містка.

Значення для живих організмів

Дуже велика і роль дисахаридів, важлива не тільки будова. Функції вуглеводів і жирів загалом схожі. В основі лежить енергетична складова. Тим не менш, для деяких окремих дисахаридів слід вказати їх особливе значення.

1. Сахароза – головне джерело глюкози в організмі людини.
2. Лактоза міститься у грудному молоці ссавців, зокрема у жіночому до 8 %.
3. Лактулоза виходить у лабораторії для використання з медичною метою, а також додається у виробництві молочних продуктів.

Будь-який дисахарид, трисахарид тощо в організмі людини та інших істот піддається миттєвому гідролізу з утворенням моноз. Саме ця особливість і лежить в основі використання цього класу вуглеводів людиною у сирому, незмінному вигляді (буряковий або очеретяний цукор).

Полісахариди: особливості молекул

Функції, склад та будова вуглеводів даного ряду мають велике значення для організмів живих істот, а також для господарської діяльності людини. По-перше, слід розібратися, які ж вуглеводи відносяться до полісахаридів.

Їх досить багато:

• крохмаль;
• глікоген;
• муреїн;
• глюкоманнан;
• целюлоза;
• декстрин;
• галактоманнан;
• муромін;
• амілоза;
• хітін.

Це не повний список, а лише найбільш значущі для тварин та рослин. Якщо виконувати завдання "Позначте особливості будови вуглеводів ряду полісахаридів", то насамперед слід звернути увагу на їхню просторову структуру. Це дуже об'ємні, гігантські молекули, що складаються із сотень мономерних ланок, пошитих між собою глікозидними хімічними зв'язками. Найчастіше будова молекул вуглеводів полісахаридів є шаруваті композиції.

Існує певна класифікація таких молекул.

1. Гомополісахариди - складаються з однакових ланок моносахаридів, що багато разів повторюються. Залежно від монози можуть бути гексозами, пентозами тощо (глюкани, маннани, галактани).
2. Гетерополісахариди - утворені різними мономірними ланками.

До сполук із лінійною просторовою структурою слід відносити, наприклад, целюлозу. Розгалужена будова має більшість полісахаридів – крохмаль, глікоген, хітин тощо.

Роль в організмі живих істот

Будова та функції вуглеводів цієї групи тісно пов'язані з життєдіяльністю всіх істот. Так, наприклад, рослини у вигляді запасної поживної речовини накопичують у різних частинах пагона або кореня крохмаль. Основне джерело енергії для тварин - знову ж таки полісахариди, при розщепленні яких утворюється досить багато енергії.

Вуглеводи грають дуже значну роль. З хітину складається покрив багатьох комах та ракоподібних, муреїн – компонент клітинної стінки бактерій, целюлоза – основа рослин.

Запасна поживна речовина тваринного походження – це молекули глікогену, або, як його частіше називають, тваринного жиру. Він запасається в окремих частинах організму та виконує не тільки енергетичну, а й захисну функцію від механічних впливів.

Більшість організмів має значення будова вуглеводів. Біологія кожної тварини та рослини така, що потребує постійного джерела енергії, невичерпного. А це можуть дати тільки вони, причому найбільше саме у формі полісахаридів. Так, повне розщеплення 1 г вуглеводу внаслідок метаболічних процесів призводить до вивільнення 4,1 ккал енергії! Це максимум, більше не дає жодного з'єднання. Саме тому вуглеводи обов'язково повинні бути присутніми в раціоні будь-якої людини та тварини. Рослини ж дбають про себе самі: у процесі фотосинтезу вони формують у собі крохмаль і запасають його.

Загальні властивості вуглеводів

Будова жирів, білків та вуглеводів загалом схожа. Адже вони є макромолекулами. Навіть деякі функції мають загальну природу. Слід узагальнити роль і значення всіх вуглеводів у житті біомаси планети.

1. Склад і будова вуглеводів мають на увазі використання їх як будівельний матеріал для оболонки рослинних клітин, мембрани тварин і бактеріальних, а також утворення внутрішньоклітинних органел.
2. Захисна функція. Характерна для рослинних організмів і проявляється у формуванні у них шипів, колючок тощо.
3. Пластична роль – утворення життєво важливих молекул (ДНК, РНК, АТФ та інших).
4. Рецепторна функція. Полісахариди та олігосахариди - активні учасники транспортних переносів через клітинну мембрану, "вартові", що вловлюють дії.
5. Енергетична роль найважливіша. Надає максимум енергії всім внутрішньоклітинних процесів, і навіть роботи всього організму загалом.
6. Регуляція осмотичного тиску – глюкоза здійснює такий контроль.
7. Деякі полісахариди стають запасною поживною речовиною, джерелом енергії тварин тварин.

Таким чином, очевидно, що будова жирів, білків та вуглеводів, їх функції та роль в організмах живих систем мають вирішальне та визначальне значення. Дані молекули - творці життя, вони його зберігають і підтримують.

Вуглеводи з іншими високомолекулярними сполуками

Також відома роль вуглеводів над чистому вигляді, а поєднані з іншими молекулами. До таких можна віднести такі поширені, як:

• глікозаміноглікани або мукополісахариди;
• глікопротеїни.

Будова і властивості вуглеводів такого виду досить складна, адже в комплекс з'єднуються різні функціональні групи. Основна роль молекул цього - участь у багатьох життєвих процесах організмів. Представниками є: гіалуронова кислота, хондроїтинсульфат, гепаран, кератан-сульфат та інші.

Також є комплекси полісахаридів з іншими біологічно активними молекулами. Наприклад, глікопротеїди або ліпополісахариди. Їх існування має важливе значення для формування імунологічних реакцій організму, оскільки вони входять до складу клітин лімфатичної системи.

У живій природі поширені багато речовини, значення яких важко переоцінити. Наприклад, до таких відносяться вуглеводи. Вони надзвичайно важливі як джерело енергії для тварин і людини, а деякі властивості вуглеводів роблять їх незамінною сировиною для промисловості.

Що це таке?

Короткі відомості про хімічну будову

Якщо подивитися на лінійну формулу, то у складі цього вуглеводу добре помітна одна альдегідна та п'ять гідроксильних груп. Коли речовина знаходиться в кристалічному стані, молекули її можуть перебувати в одній з двох можливих форм (α- або β-глюкоза). Справа в тому, що гідроксильна група, зчеплена з п'ятим атомом вуглецю, може вступати у взаємодію з карбонільним залишком.

Поширеність у природних умовах

Оскільки її дуже багато у виноградному соку, глюкозу часто називають «виноградним цукром». Під такою назвою її знали ще наші далекі предки. Втім, відшукати її можна в будь-якому іншому солодкому овочі чи фрукті, у м'яких тканинах рослини. У тваринному світі її поширеність не нижче: приблизно 0,1% нашої крові - це саме глюкоза. Крім того, можна знайти ці вуглеводи в клітині практично будь-якого внутрішнього органу. Але особливо їх багато в печінці, оскільки саме там здійснюється переробка глюкози на глікоген.

Вона (як ми вже й казали) є цінним джерелом енергії для нашого організму, що входить до складу практично всіх складних вуглеводів. Як і інші прості вуглеводи, у природі вона виникає після реакції фотосинтезу, яка протікає виключно у клітинах рослинних організмів:

6СО 2 + 6Н 2 Про хлорофіл С 6 Н 12 Про 6 + 6О 2 - Q

Рослини виконують неймовірно важливу для біосфери функцію, акумулюючи енергію, яка виходить ними від сонця. Що стосується промислових умов, то з давніх-давен отримували з крохмалю, виробляючи його гідроліз, причому каталізатором реакції є концентрована сірчана кислота:

(З 6 Н 10 О 5)n + nH 2 О H 2 SO 4 , t nC 6 H 12 О 6

Хімічні властивості

Якими є хімічні властивості вуглеводів цього виду? Мають все ті ж характеристики, які властиві суто спиртам і альдегідам. Крім того, є в них деякі специфічні особливості. Вперше синтез простих вуглеводів (у тому числі і глюкози) був зроблений найталановитішим хіміком А. М. Бутлеровим у 1861 році, причому як сировину він використовував формальдегід, розщеплюючи його в присутності гідроксиду кальцію. Ось формула цього процесу:

6НСОН ------->С6Н 12 Про 6

Нині ж розглянемо деякі властивості двох інших представників групи, природне значення яких щонайменше велике, тому їх вивчає біологія. Вуглеводи цих видів грають у нашому повсякденному житті дуже важливу роль.

Фруктоза

Формула цього глюкозного ізомеру - СеН 12 Про б. На кшталт «прародителя» може існувати в лінійній та циклічній формі. Вступає у всі реакції, які характерні для багатоатомних спиртів, але, тим самим відрізняючись від глюкози, ніяк не взаємодіє з розчином аміачним оксиду срібла.

Рибоза

Надзвичайно великий інтерес представляє рибоза та дезоксирибоза. Якщо ви хоч трохи пам'ятаєте програму біології, то й самі чудово знаєте про те, що ці вуглеводи в організмі входять до складу ДНК і РНК, без яких саме існування життя на планеті неможливе. Назва "дезоксирибозу" означає, що в її молекулі на один атом кисню менше (якщо її порівнювати зі звичайною рибозою). Будучи подібними в цьому відношенні з глюкозою, також можуть мати лінійну та циклічну будову.

Дисахариди

У принципі, ці речовини за своєю будовою та функціями багато в чому повторюють попередній клас, а тому немає сенсу зупинятися на цьому докладніше. Які хімічні властивості вуглеводів, що належать до цієї групи? Найважливішими представниками сімейства є сахароза, мальтоза та лактоза. Усі вони можуть бути описані формулою З 12 Н 22 Про 11 , оскільки є ізомерами, але це не скасовує величезних відмінностей у їхній будові. Тож чим характерні складні вуглеводи, список та опис яких ви можете побачити нижче?

Сахароза

Її молекула має у своєму складі відразу два цикли: один з них є шестичленним (залишок α-глюкози), а інший – п'ятичленний (залишок β-фруктози). Сполучається вся ця конструкція за рахунок глікозидного гідроксилу глюкози.

Отримання та загальне значення

Згідно з збереженими історичними відомостями, ще за три століття до Різдва Христового цукор навчилися отримувати в Стародавній Індії. Тільки в середині 19-го століття виявилося, що набагато більше сахарози з меншими для цього зусиллями можна видобути з цукрових буряків. У деяких її сортах міститься до 22% цього вуглеводу, тоді як у очереті вміст може бути в межах 26%, але таке можливе лише за ідеальних умов вирощування та сприятливого клімату.

Ми вже казали, що вуглеводи добре розчиняються у воді. Саме на цьому принципі ґрунтується одержання сахарози, коли для цієї мети використовують апарати-дифузори. Щоб осадити можливі домішки, фільтрують розчин через фільтри, до складу яких входить вапно. Щоб видалити з розчину гідроксид кальцію, через нього пропускають звичайний вуглекислий газ. Осад відфільтровують, а цукровий сироп упарюють у спеціальних печах, отримуючи на виході вже знайомий нам цукор.

Лактоза

Цей вуглевод у промислових умовах виділяється із звичайного молока, в якому в надлишку містяться жири та вуглеводи. У ньому цієї речовини міститься досить багато: так, коров'яче молоко містить приблизно 4-5,5% лактози, а в молоці жінок її об'ємна частка сягає 5,5-8,4%.

Кожна молекула цього гліциду складається з залишків 3-галактози та а-глюкози у піранозній формі, які утворюють зв'язки за допомогою першого та четвертого атома вуглецю.

На відміну від інших цукрів, лактоза має одну виняткову властивість. Йдеться про повну відсутність гігроскопічності, тому навіть у вологому приміщенні цей гліцид зовсім не відволожується. Ця властивість активно використовується у фармацевтиці: якщо до складу якихось ліків у порошкоподібній формі входить звичайна сахароза, то до неї обов'язково додають лактозу. Вона абсолютно натуральна і нешкідлива для людського організму, на відміну від багатьох штучних добавок, які перешкоджають спостереженню та намоканню. Які функції та властивості вуглеводів цього типу?

Біологічне значення лактози надзвичайно велике, тому що лактоза є найважливішим поживним компонентом молока всіх тварин та людини. Що ж до мальтози, то її властивості дещо відмінні.

Мальтоза

Є проміжним продуктом, що виходить при гідролізі крохмалю. Назва «мальтоза» отримав через те, що утворюється багато в чому під впливом солоду (латинською солод - maltum). Широко поширений у рослинних, а й у тварин організмах. У великих кількостях утворюється у травному тракті жуйних тварин.

та властивості

Молекула цього вуглеводу складається з двох частин -глюкози в піранозній формі, які з'єднані між собою за допомогою першого і четвертого атомів вуглецю. На вигляд є безбарвними, білими кристалами. На смак - солодкувата, чудово розчиняється у воді.

Полісахариди

Слід пам'ятати, що всі полісахариди можна розглядати з точки зору, що вони є продуктами поліконденсації моносахаридів. Їхня загальна хімічна формула - (С б Н 10 Про 5)п. У рамках цієї статті ми розглянемо крохмаль, оскільки він є типовим представником сімейства.

Крохмаль

Утворюється в результаті фотосинтезу, у великих кількостях відкладається в корінні та насінні рослинних організмів. Якими є фізичні властивості вуглеводів цього виду? На вигляд є білий порошок з погано вираженою кристалічності, нерозчинний у холодній воді. У гарячій рідині утворює колоїдну структуру (клейстер, кисіль). У травному тракті тварин є багато ферментів, які сприяють його гідролізу з утворенням глюкози.

Є найбільш поширеним, який утворений з безлічі залишків а-глюкози. У природі одночасно зустрічаються дві його форми: амілоза та амшопектин. Амілоза, будучи лінійним полімером, може бути розчинена у воді. Молекула складається із залишків альфа-глюкози, які пов'язані через перший та четвертий атом вуглецю.

Слід пам'ятати, що саме крохмаль є першим видимим продуктом фотосинтезу рослин. У пшениці та інших злакових його міститься до 60-80%, тоді як у бульбах картоплі – всього 15-20%. До речі, по вигляду крохмальних зерен під мікроскопом можна безпомилково визначити видову приналежність рослини, оскільки вони у всіх різні.

Якщо нагріти, його величезна молекула швидко розкладатиметься з утворенням дрібних полісахаридів, які відомі під назвою декстринів. У них з крохмалем одна загальна хімічна формула (С6Н12О5)х, але є різниця у значенні змінної «х», яке менше значення «n» у крохмалі.

Наостанок наведемо таблицю, у якій відбито як основні класи вуглеводів, а й їхні властивості.

Основні групи	Особливості молекулярної будови	Відмінні властивості вуглеводів
Моносахариди	Розрізняються за кількістю атомів вуглецю: Тріози (С3) Тетрози (С4) Пентози (С5) Гексози (С6)	Безбарвні або білі кристали, добре розчиняються у воді, солодкі на смак
Олігосахариди	Складна будова. Залежно від виду містять 2-10 залишків простих моносахаридів.	Зовнішній вигляд той же, трохи гірше розчиняються у воді, менш солодкий смак
Полісахариди	Складаються з дуже великої кількості залишків моносахаридів	Білий порошок, кристалічна структура виражена слабо, у воді не розчиняються, але мають властивість у ній набухати. На смак нейтральні

Ось які функції та властивості вуглеводів основних класів.

Вуглеводи відіграють першорядну роль забезпеченні енергетики всього організму, вони беруть участь у метаболізмі всіх поживних речовин. Є органічні сполуки, що складаються з вуглецю, водню та кисню. Вуглеводи, внаслідок легкодоступності та швидкості засвоєння, є основним джерелом енергії для організму.

В організм людини вуглеводи можуть надходити з їжею (крупи, овочі, бобові культури, фрукти тощо), а також вироблятися з жирів та деяких амінокислот.

Класифікація вуглеводів

Структурно вуглеводи поділяються на такі групи:

Прості вуглеводи. До них відносять глюкозу, галактозу та фруктозу (моносахариди), а також сахарозу, лактозу та мальтозу (дисахариди).

Глюкоза- Головний постачальник енергії для мозку. Вона міститься в плодах та ягодах і необхідна для постачання енергії та утворення в печінці глікогену.

Фруктозамайже не потребує свого засвоєння гормону інсуліну, що дозволяє використовувати її при цукровому діабеті, але в помірних кількостях.

Галактозау продуктах у вільному вигляді не зустрічається. Виходить при розщепленні лактози.

Сахарозаміститься в цукрі та солодощах. При потраплянні в організм розщеплюється більш складові: глюкозу і фруктозу.

Лактоза- Вуглевод, що міститься в молочних продуктах. При вродженому чи набутому дефіциті ферменту лактози в кишечнику порушується розщеплення лактози на глюкозу та галактозу, що відомо як непереносимість молочних продуктів. У кисломолочних продуктах лактози менше, ніж у молоці, оскільки при сквашуванні молока з лактози утворюється молочна кислота.

Мальтоза- Проміжний продукт розщеплення крохмалю травними ферментами. Надалі мальтоза розщеплюється до глюкози. У вільному вигляді вона міститься в меді, солоді (звідси друга назва – солодовий цукор) та пиві.

Складні вуглеводи. До них відносять крохмаль і глікоген (вуглеводи, що перетравлюються), а також клітковину, пектини і геміцелюлозу.

Крохмаль- У харчуванні становить до 80% всіх вуглеводів. Його основні джерела: хліб та хлібобулочні вироби, крупи, бобові, рис та картопля. Крохмаль відносно повільно перетравлюється, розщеплюючись до глюкози.

Глікоген, його ще називають «тварини крохмаль», - полісахарид, що складається з сильно розгалужених ланцюжків молекул глюкози. Він у невеликих кількостях міститься у тваринних продуктах (у печінці 2-10% та у м'язовій тканині – 0,3-1%).

Клітковина- Це складний вуглевод, що входить до складу оболонок рослинних клітин. В організмі клітковина практично не перетравлюється, лише незначна частина може піддатися під впливом мікроорганізмів, що знаходяться в кишечнику.

Клітковину, разом з пектинами, лігнінами та геміцелюлозою, називають або баластовими речовинами. Вони покращують роботу травної системи, будучи профілактикою багатьох захворювань. Пектини і геміцелюлоза мають гігроскопічні властивості, що дозволяє їм сорбувати і захоплювати з собою надлишок холестерину, аміак, жовчні пігменти та інші шкідливі речовини. Ще однією важливою перевагою харчових волокон є їхня допомога у профілактиці ожиріння. Не маючи високої енергетичної цінності, овочі через велику кількість харчових волокон сприяють ранньому почуттю насичення.

У великій кількості харчові волокна міститься в хлібі грубого помелу, висівках, овочах та фруктах.

Глікемічний індекс

Деякі вуглеводи (прості) засвоюються організмом практично миттєво, що призводить до різкого підвищення рівня глюкози в крові, інші (складні) засвоюються поступово і не дають різкого підвищення рівня цукру в крові. Завдяки уповільненому засвоєнню, вживання продуктів, що містять такі вуглеводи, забезпечує більш тривале відчуття насичення. Це їхня властивість використовують у дієтології, для схуднення.

А щоб оцінити швидкість того чи іншого продукту розщеплюватися в організмі, застосовують глікемічний індекс (ГІ). Цей показник визначає з якою швидкістю продукт розщеплюється в організмі і перетворюється на глюкозу. Чим швидше відбувається розщеплення продукту, тим вищий його глікемічний індекс (ГІ). За зразок була взята глюкоза, чий глікемічний індекс (ГІ) дорівнює 100. Всі інші показники порівнюються з глікемічним індексом (ГІ) глюкози. Всі значення ГІ у різних продуктах харчування можна переглянути у спеціальній таблиці глікемічного індексу продуктів.

Функції вуглеводів в організмі

В організмі вуглеводи виконують такі функції:

Є основним джерелом енергії в організмі.

Забезпечують усі енергетичні витрати мозку (мозок поглинає близько 70% глюкози, що виділяється печінкою)

Беруть участь у синтезі молекул АТФ, ДНК та РНК.

Регулюють обмін білків та жирів.

У комплексі з білками вони утворюють деякі ферменти та гормони, секрети слинних та інших утворюють слиз залоз, а також інші сполуки.

Харчові волокна покращують роботу травної системи та виводять з організму шкідливі речовини, пектини стимулюють травлення.

Ліпіди- жироподібні органічні сполуки, нерозчинні у воді, але добре розчинні у неполярних розчинниках (ефірі, бензині, бензолі, хлороформі та ін.). Дикими належать до найпростіших біологічних молекул.

У хімічному відношенні більшість ліпідів є складними ефірами вищих карбонових кислот і ряду спиртів. Найбільш відомі серед них жири. Кожна молекула жиру утворена молекулою триатомного спирту гліцеролу та приєднаними до неї ефірними зв'язками трьох молекул вищих карбонових кислот. Згідно з прийнятою номенклатурою жири називають триацилгліцеролами.

Коли жири гідролізуються (тобто розщеплюються через впровадження H + та OH - в ефірні зв'язки), вони розпадаються на гліцерол і вільні вищі карбонові кислоти, кожна з яких містить парне число атомів вуглецю.

Атоми вуглецю в молекулах вищих карбонових кислот можуть бути з'єднані один з одним як простими, так і подвійними зв'язками. Серед граничних (насичених) вищих карбонових кислот найчастіше до складу жирів входять:

пальмітинова СН 3 - (СН 2) 14 - СООН або З 15 Н 31 СООН;

стеаринова СН 3 - (СН 2) 16 - СООН або З 17 Н 35 СООН;

арахінова СН 3 - (СН 2) 18 - СООН або З 19 Н 39 СООН;

серед ненасичених:

олеїнова СН 3 - (СН 2) 7 - СН = СН - (СН 2) 7 - СООН або С 17 Н 33 СООН;

лінолева СН 3 - (СН 2) 4 - СН = СН - СН 2 - СН - (СН 2) 7 - СООН або С 17 Н 31 СООН;

ліноленова СН 3 - СН 2 - СН = СН - СН 2 - СН = СН - СН 2 - СН = СН - (СН 2) 7 - СООН або З 17 Н 29 СООН.

Ступінь ненасиченості та довжина ланцюгів вищих карбонових кислот (тобто число атомів вуглецю) визначає фізичні властивості того чи іншого жиру.

Жири з короткими та ненасиченими кислотними ланцюгами мають низьку температуру плавлення. При кімнатній температурі це рідини (олії) або мазеподібні речовини. І навпаки, жири з довгими та насиченими ланцюгами вищих карбонових кислот при кімнатній температурі є твердими речовинами. Ось чому при гідруванні (насиченні кислотних ланцюгів атомами водню по подвійним зв'язкам) рідка арахісова олія, наприклад, перетворюється на однорідну мазеподібну арахісову олію, а соняшникову олію - на маргарин. В організмі тварин, що живуть у холодному кліматі, наприклад, у риб арктичних морів, зазвичай міститься більше ненасичених триацилгліцеролів, ніж у мешканців південних широт. Тому тіло їх залишається гнучким і при низьких температурах.

Розрізняють:

Фосфоліпіди- амфіфільні сполуки, тобто мають полярні головки та неполярні хвости. Групи, що утворюють полярну головку, гідрофільні (розчинні у воді), а неполярні хвостові групи гідрофобні (нерозчинні у воді).

Подвійна природа цих ліпідів зумовлює їхню ключову роль в організації біологічних мембран.

Віск- складні ефіри одноатомних (з однією гідроксильною групою) високомолекулярних (що мають довгий вуглецевий скелет) спиртів та вищих карбонових кислот.

Ще одну групу ліпідів складають стероїди. Ці речовини побудовані з урахуванням спирту холестеролу. Стероїди дуже погано розчиняються у воді і не містять вищих карбонових кислот.

До них відносяться жовчні кислоти, холестерол, статеві гормони, вітамін D та ін.

До стероїдів близькі терплячі(ростові речовини рослин - гібереліни; фітол, що входить до складу хлорофілу каротиноїди - фотосинтетичні пігменти; ефірні олії рослин - ментол, камфора та ін).

Ліпіди можуть утворювати комплекси коїться з іншими біологічними молекулами.

Ліпопротеїни- складні утворення, що містять триацилгліцероли, холестерол та білки, причому останні не мають ковалентних зв'язків з ліпідами.

Гліколіпіди- це група ліпідів, побудованих на основі спирту сфінгозину і що містять крім залишку вищих карбонових кислот одну або кілька молекул цукрів (найчастіше глюкозу або галактозу).

Функції ліпідів

Структурна. Фосфоліпіди разом із білками утворюють біологічні мембрани. До складу мембран входять також стероли.

Енергетична. При окисленні 1 г жирів вивільняється 38,9 кДж енергії, що йде освіту АТФ. У формі ліпідів зберігається значна частина енергетичних запасів організму, які витрачаються за нестачі поживних речовин. Тварини, що впадають у сплячку, та рослини накопичують жири та олії та витрачають їх на підтримку процесів життєдіяльності. Високий вміст ліпідів у насінні забезпечує енергією розвиток зародка та проростка, доки він не перейде до самостійного харчування. Насіння багатьох рослин (кокосова пальма, рицина, соняшник, соя, ріпак та ін) служать сировиною для отримання олії промисловим способом.

Захисна та теплоізоляційна. Нагромаджуючись у підшкірній жировій клітковині та навколо деяких органів (нирки, кишечник), жировий шар захищає організм від механічних пошкоджень. Крім того, завдяки низькій теплопровідності шар підшкірного жиру допомагає зберегти тепло, що дозволяє, наприклад, багатьом тваринам мешкати в умовах холодного клімату. У китів, крім того, він грає ще й іншу роль – сприяє плавучості.

Змащувальна та водовідштовхувальна. Віск покриває шкіру, шерсть, пір'я, робить їх більш еластичним і захищає від вологи. Восковим нальотом покрите листя та плоди рослин; віск використовується бджолами для будівництва сот.

Регуляторна. Багато гормонів є похідними холестеролу, наприклад статеві (тестостерон у чоловіків і прогестерон у жінок) та кортикостероїди (альдостерон).

Метаболічна. Похідні холестеролу, вітамін D грають ключову роль обміні кальцію і фосфору. Жовчні кислоти беруть участь у процесах травлення (емульгування жирів) та всмоктування вищих карбонових кислот.

Ліпіди є джерелом метаболічної води. При окисненні жиру утворюється приблизно 105 г води. Ця вода дуже важлива для деяких мешканців пустель, зокрема для верблюдів, здатних обходитися без води протягом 10-12 діб: жир, запасений у горбі, використовується саме на ці цілі. Необхідну для життєдіяльності воду ведмеді, бабаки та інші тварини в сплячці одержують внаслідок окислення жиру.

Хімічний склад

Клітинна стінка рослинних клітин складається, головним чином, із полісахаридів. Всі компоненти, що входять до складу клітинної стінки, можна поділити на 4 групи:

Структурнікомпоненти, що представлені целюлозою у більшості автотрофних рослин.

Компоненти матриксу,тобто основної речовини, наповнювача оболонки – геміцелюлози, білки, ліпіди.

Компоненти, інкрустуючіклітинну стінку, (тобто відкладаються і що вистилають її зсередини) - лігнін і суберин.

Компоненти, адкрустуючістінку, тобто. що відкладаються на її поверхні, - кутин, віск.

Основний структурний компонент оболонки – целюлозапредставлена ​​нерозгалуженими полімерними молекулами, що складаються з 1000-11000 залишків - глюкози D, сполучених між собою глікозидними зв'язками. Наявність глікозидних зв'язків створює можливість утворення поперечних стивок. Завдяки цьому довгі і тонкі молекули целюлози об'єднуються в елементарні фібрили або міцели. Кожна міцела складається з 60-100 паралельно розташованих ланцюгів целюлози. Міцели сотнями групуються в міцелярні ряди та складають мікрофібрили діаметром 10-15 нм. Целюлоза має кристалічні властивості завдяки впорядкованому розташуванню міцел у мікрофібрилах. Мікрофібрили, у свою чергу, перевиваються між собою як пасма в канаті і об'єднуються в макрофібрили. Макрофібрили мають товщину близько 0,5 мкм. і можуть досягати завдовжки 4мкм. Целюлоза не має ні кислих, ні лужних властивостей. По відношенню до підвищених температур вона досить стійка і може бути нагріта без розкладання до температури 200 про С. Багато з важливих властивостей целюлози обумовлені її високою стійкістю по відношенню до ферментів і хімічних реагентів. Вона не розчинна у воді, спирті, ефірі та інших нейтральних розчинниках; не розчиняється в кислотах та лугах. Целюлоза, мабуть, найпоширеніший вид органічних макромолекул Землі.

Мікрофібрили оболонки занурені в аморфний пластичний гель – матрикс. Матрікс є наповнювачем оболонки. До складу матриксу оболонок рослин входять гетерогенні групи полісахаридів, які називаються геміцелюлозами та пектиновими речовинами.

Геміцелюлози являють собою полімерні ланцюги, що гілкуються, що складаються з різних залишків гексоз (D-глюкоза, D-галактоза, манноза),

пентоз (L-ксилоза, L-арабінозу) та уринових кислот (глюкуронова та галактуронова). Ці компоненти геміцелюлоз поєднуються між собою у різних кількісних відносинах та утворюють різноманітні комбінації.

Ланцюжки геміцелюлоз складаються з 150-300 молекул мономерів. Вони значно коротші. Крім цього, ланцюги не кристалізуються і не утворюють елементарних фібрил.

Саме тому геміцелюлози нерідко називають напівклітинками. На частку припадає близько 30-40 % сухої ваги клітинних стінок.

По відношенню до хімічних реагентів геміцелюлози набагато менш стійкі, ніж целюлоза: вони розчиняються у слабких лугах без підігріву; гідролізуються з утворенням цукрів у слабких розчинах кислот; розчиняються напівклітковини та в гліцерині при температурі 300 про С.

Геміцелюлози в тілі рослин грають:

Механічну роль, беручи участь поряд з целюлозою та іншими речовинами у побудові клітинних стінок.

Роль запасних речовин, що відкладаються, а потім витрачаються. При цьому функцію запасного матеріалу несуть переважно гексоз; а геміцелюлози з механічною функцією зазвичай складаються із пентоз. Як запасні поживні речовини геміцелюлози відкладаються також у насінні багатьох рослин.

Пектинові речовинимають досить складний хімічний склад та будову. Це гетерогенна група, в яку входять розгалужені полімери, що несуть негативні заряди через безліч залишків галактуронової кислоти. Характерна риса: пектинові речовини сильно набухають у воді, а деякі в ній розчиняються. Легко вони руйнуються під дією лугів і кислот.

Всі клітинні стінки на ранній стадії розвитку майже повністю складаються з пектинових речовин. Міжклітинна речовина серединної пластинки, що ніби цементує оболонки сусідніх стінок, складається також із цих речовин, головним чином з пектату кальцію. Пектинові речовини, хоч і в невеликих кількостях, є в основній товщині і дорослих клітин.

До складу матриксу клітинних стінок крім вуглеводних компонентів входить також структурний білок, який називається екстенсином. Він є глікопротеїном, вуглеводна частина якого представлена ​​залишками цукру арабінози.

В основу класифікації вітамінів покладено принцип розчинності їх у воді та жирі.

Водорозчинні вітаміни:В1 (тіамін), В2 (рибофлавін), PP (нікотинова кислота), В3 (пантотенова кислота), В6 (піридоксин), В12 (цинкобаламін), Вc (фолієва кислота), H (біотин), N (ліпоєва кислота), P (біофлаваноїди), C (аскорбінова кислота) – беруть участь у структурі та функціонуванні ферментів.

Жиророзчинні вітаміни:А (ретинол), провітамін А (каротин), D (кальцефероли), Е (токофероли), K (філохінони).

Жиророзчинні вітаміни входять до структури мембранних систем, забезпечуючи їх оптимальний функціональний стан.

Є також вітаміноподібні речовини:В13 (оротова кислота), В15 (пангамова кислота), В4 (холін), В8 (інозитол), Вт (карнітин), H1 (парамінбензойна кислота), F (полінасичені жирні кислоти), U (S=метилметіонін-сульфат-хлорид) .