Углеводы клеток, биология

Углеводы (сахара) – это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп.

Общая формула углеводных соединений записывается как Сx(Н2О)y где x и y могут иметь разные значения.

Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Классификация углеводов	Особенности строения, структура, функции	Представители
Моносахариды (растворимые углеводы)	Это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка, при одном из атомов углерода которой находится карбонильная группа (=С=O), а при всех остальных — по одной гидроксогруппе (-ОН). В зависимости от числа атомов углерода выделяют триозы (х = 3), тетрозы (х = 4), пентозы (х = 5), гексозы (х = 6) и т. д. В зависимости от того, входит в состав моносахарида альдегидная (-CНO) или кетогруппа (-CO-), их разделяют на альдозы (R-CHO) и кетозы (R1-CO-R2). Стереоизомерия моносахаридов – все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы, они одинаковы по составу и молек. массе, но различны по строению или расположению атомов. Ниже пример слева D-глицеральдегид, а справа L-глицеральдегид	Глюкоза, фруктоза, пентоза
Олигосахариды (дисахариды)	Олигосахариды – это короткие (часто из 6-12 единиц) продукты конденсации моносахаридов. Они могут связываться с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) и формировать гликокаликс – внешнюю оболочку животной клетки. Они также играют важную роль в межклеточном узнавании и в иммунном ответе. Среди дисахаридов наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза:  глюкоза + глюкоза = мальтоза; глюкоза + галактоза = лактоза; глюкоза + фруктоза = сахароза.  В природных дисахаридах кольца моносахаридов объединены гликозидными связями. Они чаще всего образуются между альдегидной или кетогруппой (т.е. редуцирующей группой) одного моносахарида и гидроксильной группой другого.	Мальтоза, сахароза, лактоза
Полисахариды	Полисахариды являются биологическими полимерами, образующиеся из моносахаридных субъединиц (мономеров) путем гликозидного связывания, в первую очередь D-глюкозы. Субъединицы объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекул воды), а разделяются путем гидролиза (разрушение связей с участием воды). Плохо растворяются в воде. Необходимы для жизнедеятельности животных и растений.	целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.

Таблица углеводов и их функции 

Углевод	Функции и строение углеводов
Углеводы моносахариды
Глюкоза (декстроза или D-глюкоза)	Представляет собой моносахарид (одиночный сахар) с эмпирической формулой СnН2nОn. Она относится к гексозам, так как их молекулы имеют шесть атомов углерода. Наиболее распространенный дыхательный субстрат (т.е. источник энергии). источник энергии живых организмов – входит в состав переносчиков электронов NAD, РАD и NADР и переносчика энергии аденозинтрифосфата (АТР).
Фруктоза	Изомер глюкозы СnН2nОn , один из наиболее распространенных  в природе сахаров. Компонент семенной жидкости. Пищевым источником являются фрукты. Примерно 1 из 20000  человек страдает непереносимостью фруктозы, которая может привести к повреждению печени и почек или к гипогликемии.
Углеводы олигосахариды
Сахароза (глюкозо-фруктоза)	Наиболее распространена в растениях. Сахарозу получают обычно из сахарного тростника и сахарной свеклы и используют как подсластитель.
Лактоза (глюкозо-галактоза)	Источник углеводов для детенышей млекопитающих. В молоке содержится около 5% лактозы.
Углеводы полисахариды
Крахмал	Крахмал состоит из двух полимеров а-глюкозы: амилоза обычно содержит около 300 молекул глюкозы, соединенныха-1,4-гликозидными связями. Из-за массивных боковых цепей на стороне -СН2ОН молекула принимает форму спирали (наиболее удачна для упаковки большого количества субъединиц в ограниченном пространстве). Поскольку молекула крахмала имеет так мало свободных концов, гидролизующий фермент амилаза имеет мало доступных точек для ее расщепления. Благодаря этому крахмал – превосходное запасное вещество.
Амилопектин	Это разветвленная цепь, включающая до 1500 глюкозных субъединиц. Отдельные а-1,4-цепи связаны между собой а-1,6-гликозидными связями.
Гликоген	Это полимер а-глюкозы, очень похожий на амилопектин, но с гораздо меньшим количеством поперечных связей и с более короткими а-1,4-цепями. Это больше подходит животным клеткам, которые запасают питательные вещества на менее долгие сроки, чем растительные клетки.
Целлюлоза	Целлюлоза – это полимер глюкозы, соединенной β-1,4-гликозидными связями. При β-конформации каждая последующая субъединица переворачивается, так что полимер имеет форму прямой цепи. Затем параллельные полисахаридные цепи связываются поперечными водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасной структурной молекулой (целлюлозные клеточные стенки). Она идеальна для растений, которые легко могут синтезировать большое количество углеводов.
Хитин	Структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак – Минск — 2011.

Урок 2. неорганические соединения клетки. углеводы и липиды. регулярные и нерегулярные биополимеры – Биология – 10 класс – Российская электронная школа

Биология, 10 класс

Урок 2. «Неорганические соединения клетки. Углеводы и липиды. Регулярные и нерегулярные биополимеры»

• 3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;
• Урок позволит выявить особенности химического состава организмов, роль неорганических (воды, солей) и органических (углеводов, липидов) веществ в жизни клетки и организма.
• Обучающиеся узнают, какие химические элементы входят в состав живых организмов, рассмотрят самое важное минеральное вещество на Земле, структуру молекулы воды и её биологическую роль, выяснят физические и химические свойства воды, благодаря которым возможно существование жизни на Земле.
• Также обучающиеся увидят особенности строения органических веществ, узнают, на какие классы делятся углеводы и липиды, их значение для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
• 4.  Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);
• Биологически значимые элементы, органогены, неорганические вещества, вода, водородная связь, гидрофильные вещества, гидрофобные вещества; органические вещества, регулярные и нерегулярные биополимеры; углеводы, липиды
• Биологически значимые элементы – химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.
• Органогены — химические элементы, входящие в состав всех органических соединений, составляют около 98% массы клетки (углерод, водород, кислород, азот).
• Неорганические вещества (неорганические соединения) клетки — простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, не имеют характерного для органических веществ углеродного скелета.

Органические вещества – это сложные соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Органические соединения многообразны, но четыре группы из них имеют всеобщее биологическое значение: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Водородная связь – вид взаимодействия между молекулами вещества.

Молекулы воды удерживаются за счет водородных связей, которые возникли между частично положительным атомом водорода одной молекулы и частично отрицательным атомом кислорода другой молекулы.

Водородные связи заметно слабее по сравнению с ковалентными. Однако они намного крепче, чем стандартное молекулярное притяжение частиц, свойственное твёрдым и жидким телам.

Гидрофильные вещества – хорошо растворимые в воде вещества, молекулы которых полярны и легко соединяются с молекулами воды. К ним относятся ионные соединения (содержат заряженные частицы): соли, кислоты, основания и полярные соединения (в молекулах присутствуют заряженные группы): сахара, простые спирты, аминокислоты.

Гидрофобные вещества– нерастворимые в воде вещества, энергия притяжения молекул которых к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды. К числу гидрофобных веществ относятся жиры, полисахариды,  нуклеиновые кислоты, большинство белков. 

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Полимер (от греч. «поли» — много) — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер.

Регулярные полимеры – полимеры, в молекуле которых группа мономеров периодически повторяется (полисахариды).

Нерегулярные полимеры – полимеры, в которых нет определенной закономерности в последовательности мономеров (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Углеводы – органические соединения, состоящие из атомов углерода, кислорода и водорода. В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название — углеводы).

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, молекулы которых представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. При гидролизе образуют моносахариды или олигосахариды.

1. Липиды — обширная группа органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов
2. 5.   Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);
3. Основная литература.

1. Биология. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Д.К. Беляев, Г.М. Дымшиц, Л.Н. Кузнецова и др. /; под ред. Д.К.Беляева и Г.М. Дымшица; стр. 9-19;

Дополнительные источники:

1. А.Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 2-5
2. Биология: в 3т. Том 1 / Д.Тейлор, Н. Грин, У. Стаут; под ред. Р.Сопера; стр. 105-129

6. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

1.Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru

2 Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru

3.Каталог образовательных ресурсов по биологии http://www.mec.tgl.ru/index.php?module=subjects&func=viewpage&pageid=133

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

1. основные элементы — кислород, углерод, водород и азот (98 % состава клетки);
2. элементы, составляющие десятые и сотые доли процента, — калий, фосфор, сера, магний, железо, хлор, кальций, натрий (в сумме 1,9 %);
3. все остальные элементы, присутствующие в еще более малых количествах, — микроэлементы.

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

• Неорганические вещества
• Вода составляет около 80 % массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95 %, в старых — 60 %.
• Роль воды в клетке велика.

Она является основной средой и растворителем, участвует в большинстве химических реакций, перемещении веществ, терморегуляции, образовании клеточных структур, определяет объем и упругость клетки. Большинство веществ поступает в организм и выводится из него в водном растворе.

Биологическая роль воды определяется специфичностью строения: полярностью ее молекул и способностью образовывать водородные связи, за счет которых возникают комплексы из нескольких молекул воды. Если энергия притяжения между молекулами воды меньше, чем между молекулами воды и вещества, оно растворяется в воде.

Такие вещества называют гидрофильными (от греч. «гидро» — вода, «филее» — люблю). Это многие минеральные соли, белки, углеводы и др.

Если энергия притяжения между молекулами воды больше, чем энергия притяжения между молекулами воды и вещества, такие вещества нерастворимы (или слаборастворимы), их называют гидрофобными (от греч. «фобос» — страх) — жиры, липиды и др.

Минеральные соли в водных растворах клетки диссоциируют на катионы и анионы, обеспечивая устойчивое количество необходимых химических элементов и осмотическое давление. Из катионов наиболее важны К+, Na+, Са2+, Mg+. Концентрация отдельных катионов в клетке и во внеклеточной среде неодинакова.

В живой клетке концентрация К высокая, Na+ — низкая, а в плазме крови, наоборот, высокая концентрация Na+ и низкая К+. Это обусловлено избирательной проницаемостью мембран.

Разность в концентрации ионов в клетке и среде обеспечивает поступление воды из окружающей среды в клетку и всасывание воды корнями растений.

Недостаток отдельных элементов — Fe, Р, Mg, Со, Zn — блокирует образование нуклеиновых кислот, гемоглобина, белков и других жизненно важных веществ и ведет к серьезным заболеваниям. Анионы определяют постоянство рН-клеточной среды (нейтральной и слабощелочной). Из анионов наиболее важны НРО42-, Н2РO4—,Cl —, HCO3—

Органические вещества

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Их делят на простые — моносахариды (от греч. «монос» — один) и сложные — полисахариды (от греч. «поли» — много).

Моносахариды (их общая формула СnН2nОn) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода.

Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке).

Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов.

Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза).

Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO2 и Н2O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке.

При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества.

Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой.

Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO2 и Н2O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии.

Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Задание 1.

14. Филворд – английский кроссворд

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов: самый распространённый элемент в земной коре и живых организмов; элемент – основа строения органических соединений, атомы которого способны соединяться друг с другом и с другими элементами, образуя длинные линейные, разветвленные или кольцевые молекулы; обязательный элемент в составе белков и нуклеиновых кислот; преобладающий положительный ион внутри клеток, участвует в создании биоэлектрического потенциала на мембране; основной компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, участвует в свёртывании крови и в синаптической передаче нервного импульса; структурный компонент хлорофилла, активирует работу многих ферментов; входит в состав костной ткани, нуклеиновых кислот, в составе сложных липидов образует мембранные структуры; преобладающий отрицательный ион в организме животных, участвует в создании биоэлектрического потенциала на мембране, компонент соляной кислоты в желудочном соке; входит в состав гемоглобина, миоглобина; необходим организмам в следовых количествах, обнаружен в составе некоторых ферментов и в инсулине; входит в состав гормона щитовидной железы тироксина; второй по распространённости элемент в земной коре, для некоторых организмов является важным биогенным элементом: входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных.

Тип вариантов ответов: Текстовые,Графические, Комбинированные.Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов): Кислород Углерод Азот Калий Кальций Магний Фосфор Хлор Железо Цинк Йод Кремний Подсказка:при необходимости обратитесь к дополнительным материалам

Задание 2.

Заполните пропуски в тексте, выбрав вариант ответа из выпадающего списка.Минеральные вещества в клетке присутствуют в виде ионов и твёрдых нерастворимых солей. Ионы придают внутренней среде клетки или организма _____________________ реакцию среды. Эта способность клетки поддерживать кислотно-щелочной баланс (рН) своего содержимого на постоянном уровне, получила название ___________________________ . Выпадающий список 1. нейтральную слабокислую слабощелочную Выпадающий список 2. растворимость полярность буферность

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные. Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):выделены жирным шрифтом Выпадающий список 1. нейтральную слабокислую слабощелочную Выпадающий список 2. растворимость буферность полярность Подсказка:В большинстве клеток организма рН составляет 7,0 – 7,4.

Углеводы — органические вещества, их химическая структура, разновидности, содержание в клетке и функции

Раздел 2. Учение о клетке. Глава 3. Химическая организация клетки.

Цели: /слайд2/

• Освоение знаний об основных биологических теориях, идеях и принципах, являющихся составной частью современной естественнонаучной картины мира; строении, многообразии и особенностях биосистем (клетка); выдающихся биологических открытиях и современных исследованиях в биологической науке.
• Овладение умениями: устанавливать связь между развитием биологии и социально – этическими, экологическими проблемами человечества; самостоятельно проводить биологические исследования; пользоваться биологической терминологией и символикой.
• Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения проблем современной биологической науки.
• Воспитание убежденности в возможности познания закономерностей живой природы, необходимости бережного отношения к ней.

Задачи: /слайд 2/

Продолжить углубление знаний об особенностях строения органических веществ; сформировать знания о строении и функциях углеводов и умения устанавливать связь между их строением и функциями, охарактеризовать их многообразие. Выяснить причину многообразия жизни на нашей планете.

Оборудование: ТСО-компьютер,презентация к уроку; таблицы, иллюстрирующие строение и функции углеводов; карточки-задания, тестовые задания на каждый стол. На доске терминология – Приложение 4.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока

1. Изучение нового материала. Терминология.
   1. Биологические полимеры.
   2. Содержание углеводов в живой материи.
   3. Классификация углеводов и их свойства.
   4. Биологические свойства углеводов.
2. Закрепление знаний.
3. Домашнее задание.

I. Изучение нового материала.

Терминология. Приложение 4

1. Биологические полимеры. /слайды 3-4/

Основу строения клеток и организмов составляют огромные молекулы, называемые полимерами. Полимеры (от греч.

поли – много и мерос – часть) – гигантские молекулы, образованные многими повторяющимися частями, так называемыми мономерами (от греч. монос – один).

Мономеры – это строительные блоки, способные соединяться друг с другом, образуя полимеры, известные также под названием макромолекул (от греч.макрос – большой).

К полимерам относятся основные составные элементы живых организмов – полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин), белки и нуклеиновые кислоты. Их называют биологическими полимерами. С начала XX в. химики стали изготовлять искусственные органические полимеры.

Молекулы биологических полимеров лежат в основе используемых людьми уже не одну тысячу лет шерсти и шелка (белки), хлопка (углевод целлюлоза), каучука (углеводород полиизопрен). Искусственные полимеры лежат в основе искусственного волокна, пластмасс.

Молекулярная масса искусственных полимеров имеет обычно неопределенную величину. Природные же полимеры имеют вполне определенную величину и массу – от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч ( в исключительных случаях до 1 млн) молекул. Длина молекул доходит до нескольких сотен нанометров (1нм равен 10-9 м).

По особенностям строения полимеры делятся на два типа: регулярные и нерегулярные.

Регулярным, или периодическим, называется полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется. Например: Б-А-А-Б-А-А-Б-А-А и т.д. (буквами А и Б обозначены разные мономерные звенья). К регулярным полимерам из биологических полимеров относятся многие полисахариды.

Нерегулярным, или непериодическим, называется полимер, в молекуле которого нет видимой закономерности и повторяемости мономеров. Например: А-Б-Б-Б-А-А-А-Б-А и т.д. Из биологических к нерегулярным полимерам относятся белки и нуклеиновые кислоты.

Итак, организм строит свои макромолекулы, соединяя друг с другом мономеры. Полимеры обладают многообразными свойствами. Это объясняется многочисленными

вариантами соединения мономеров в цепь. За счет этого обеспечивается разнообразие жизни на нашей планете.

2. Содержание углеводов в живой материи. /слайд 6/

Углеводы – самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержатся в клетках всех живых организмов.

Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула Сn(Н2О)m.

У большинства углеводов число атомов водорода в 2 раза превышает количество атомов кислорода. Позднее были найдены углеводы, не отвечающие этой общей формуле, но название «углеводы» сохранилось.

В животных клетках углеводов немного: 1 – 2 иногда до 5% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами – там их содержание достигает 90% сухой массы.

3. Классификация углеводов и их свойства. /слайд 7/

Углеводы, или сахариды, по особенностям строения делятся на три группы.

1. Моносахариды /слайд 8/ (монозы, или простые сахара) – состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, бесцветные и хорошо растворимые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом.

Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов (в простейшем случае – глицерина). При окислении глицерина получаются два простейших моносахарида – глицериновый альдегид и диоксиацетон, которые играют важную роль в обмене веществ клетки. Слайд 1: Образование простейших моносахаридов.

Глицериновый альдегид и диоксиацетон содержат по три углеродных атома и относятся к триозам (3 С); тетрозы содержат четыре атома углерода (4 С); пентозы – пять (5 С); гексозы – шесть (6 С); и гептозы – семь (7 С).

В неразветвленном скелете моносахарида все атомы углерода, кроме одного, связаны с гидроксильными группами (-ОН), а один – с карбонильным кислородом (=О).

Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид (как, например, глицериновый) и называется альдозой, при любом другом положении этой группы он является кетоном (например, диоксиацетон) и называется кетозой.

Моносахариды существуют также и в виде замкнутых циклических форм, которые образуются в результате реакции спиртовой и альдегидной (или кетонной) групп внутри самой молекулы.

Из тетроз в процессах жизнедеятельности, более важна эритроза. Этот сахар в растениях является одним из промежуточных продуктов фотосинтеза. Слайд 9: Эритроза (структурная и циклическая формы).

Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединениями, как рибоза (С5Н10О5) и дезоксирибоза (С5Н10О4).

В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, а также в состав АТФ.

Слайд 10: Пентозы. Рибоза и дезоксирибоза.

Из гексоз наиболее широко распространены – глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула С6Н12О6. Глюкоза – виноградный сахар. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза – первичный и главный источник энергии для клеток.

Фруктоза в большом количестве встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, фруктах, сахарной свекле. Галактоза – пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы – молочного сахара, а также некоторых полисахаридов.

Слайд 11: Гексозы. Глюкоза, галактоза,фруктоза.

Моносахариды могут быть представлены в форме альфа- и бета- изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (альфа- изомер), так и над ней (бета- изомер). Молекулы крахмала состоят из остатков альфа – глюкозы, а молекулы целлюлозы – из остатков бета – глюкозы. Слайд 12: Схемы строения альфа- и бетта – глюкозы.

2. Олигосахариды (полисахариды первого порядка) составляют промежуточную группу между моносахаридами и высшими полисахаридами (полисахаридами второго порядка). Они содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков.

В зависимости от количества остатков моносахаридов (количества мономерных звеньев), входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов.

К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза – хорошо знакомый нам тростниковый или свекловичный сахар; общая формула С12Н22О11. Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы.

Она чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды) и играет большую роль в питании многих животных и человека. Этот дисахарид легко растворим в воде.

Главное сырье для получения сахарозы – сахарная свекла и сахарный тростник. Слайд 13: Сахароза.

Лактоза – молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке (от 2 до 8,5%) и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред. Слайд 14: Лактоза.

Мальтоза – солодовый сахар, состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза является основным структурным элементом крахмала и гликогена. Слайд 15: Мальтоза.

Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами.

3. Полисахариды второго порядка, или несахароподобные сложные углеводы, в воде не растворяются, сладкого вкуса не имеют. Образуются в результате реакции поликонденсации и состоят из большого числа моносахаридов. Молекулярная масса велика и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Важнейшими полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.

Крахмал является смесью двух полимеров альфа – глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы – от 60 до 300 остатков глюкозы. Молекулы амилозы свернуты в спирали.

Амилоза способна растворяться в горячей воде и в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит как из линейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в сине – фиолетовый цвет.

Слайд 16: Схема строения крахмала.

Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)n.

Крахмал содержится в большом количестве, например, в клубнях картофеля, в большинстве семян и во многих плодах.

Запасается крахмал в виде крахмальных зерен, наиболее крупные они у картофеля, а самые мелкие – у риса и гречихи. Слайд 16: крахмальные зерна пшеницы (а), овса (б) и картофеля (в).

Гликоген – полисахарид, содержащийся в тканях тела животных и человека, а также грибах, дрожжах и зерне сахарной кукурузы. Гликоген играет важную роль в превращениях углеводов в животных организмах.

Он в значительных количествахнакапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Гликоген поставляет глюкозу в кровь. Он является полимером альфа – глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее.

Молекула гликогена состоит примерно из 30 тыс. остатков глюкозы. Слайд 17: Гликоген.

Клетчатка (целлюлоза) – главный структурный компонент клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. По своей структуре это линейный полимер. Ее молекула представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных бета – глюкозой.

Множество линейных молекул целлюлозы уложено параллельно и «связано в пучки» водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений.

Слайд 18: Конформация молекулы целлюлозы.

Хитин – это полимер, мономером которого является аминопроизводное бета – глюкозы – N-ацетилглюкозамин. Хитин является строительным материалом, которого особенно много в наружном скелете членистоногих и в клеточных стенках грибов.

Таким образом, углеводы – разнообразная по своему строению, а, следовательно, и по физическим и химическим свойствам, группа веществ. Это многообразие позволяет им выполнять в клетках и организмах многочисленные функции. Слайд 19

4. Биологические функции углеводов.

Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, поэтому подчеркнем лишь главные функции углеводов. /Слайды 20-22/

1. Энергетическая – углеводы служат источником энергии для организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Следует отметить, что сахара являются главным источником быстро мобилизуемой энергии, так как в процессе пищеварения они легко переводятся в форму, пригодную для удовлетворения энергетических потребностей клеток.
2. Строительная – целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин обнаруживается в клеточной стенке грибов и в наружном скелете членистоногих, гликопротеиды – соединения углеводов с белками входят в состав хрящевой и костной ткани животных.
3. Запасающая – выражается в том, что крахмал накапливается клетками растений, а гликоген – клетками животных. Эти вещества служат для клеток и организмов источником глюкозы, которая легко высвобождается по мере необходимости.
4. Защитная – гепарин – ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными железами и богатые углеводами, предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов; камеди, выделяющиеся в местах повреждения стволов и ветвей, защищают деревья и кустарники от проникновения инфекций через раны.
5. Составная часть жизненно важных веществ – входят вместе с белками в состав ферментов, входят в состав ДНК, РНК, АТФ, участвуют в синтезе коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД+. Слайд 23: ФАД – флавинадениндинуклеотид, НАД – никотиномидадениндинуклеотид.
6. Участие в фиксации углерода – рибулозобифосфат является непосредственным акцептором углекислого газа в темновой фазе фотосинтеза. Слайд 24: Фиксация СО2 в темновой фазе фотосинтеза.

II. Закрепление знаний.

1. Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.
2. Работа по карточкам (компьютерный и печатный варианты). (Приложение 1)
3. Тестовая проверка знаний. (Приложение 2)

III. Домашнее задание

Изучить параграф учебника – 3.2.2., стр.100-102, конспект урока (авторы учебника: В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова), 2007.

Презентация.

31.03.2010

Функции углеводов в организме человека

Определение

По своей массе эти соединения составляют основную долю органического вещества на планете.

Они необходимы для развития живой материи, содержатся в организмах представителей животного и растительного мира: в растениях их доля достигает 80% сухой массы, в организмах животных — 2–3%.

Биологии известно, что источником углеводов во всех случаях является осуществляемый растениями процесс фотосинтеза.

Примечание

Виды углеводов, физические и химические свойства

Любой углевод состоит из одного или нескольких остатков моносахаридов. Это отдельные единицы, которые в биологии означают составные элементы. На их основе создана классификация соединений, согласно которой углеводы делят на:

1. Моносахариды — простейшие соединения, мономеры, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов. Подразделяются на альдозы (содержат альдегидную группу) и кетозы (содержат кетогруппу). К моносахаридам относится глюкоза, фруктоза, рибоза и др.
2. Дисахариды — сложные соединения, образующие при гидролизе 2 молекулы моносахаридов. Выступают одним из важнейших источников углеводов для животных и человека. Представителями класса дисахаридов являются сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар), целлобиоза. Наиболее широко применяется сахароза, ее получают из сахаросных растений: сахарного тростника, свеклы или клена.
3. Олигосахариды — соединения из 3–10 остатков моносахаридов, соединенных между собой гликозидными связями. При гидролизе расщепляются на те моносахариды, из остатков которых состоят их молекулы.
4. Полисахариды — сложные высокомолекулярные вещества, гидролизуются с образованием многочисленных молекул моносахаридов.

К группе полисахаридов относятся:

• крахмал;
• целлюлоза;
• гликоген;
• пектин;
• хитин;
• альгиновая кислота и ее соли.

Что происходит с углеводами в организме

В организм человека углеводы поступают в виде сахарозы, гликогена, крахмала и других соединений. Все они расщепляются в ходе пищеварения до глюкозы, структура которой позволяет веществу проникать сквозь стенки тонкого кишечника и попадать в кровь.

Примечание

Большая часть глюкозы окисляется в клетках тканей до воды и углекислого газа, выводится с мочой и в процессе дыхания. Небольшой объем превращается в гликоген, накапливается в мышцах — для них глюкоза является основным источником энергии для сокращения.

Простые (быстрые) углеводы легко расщепляются и усваиваются организмом, быстро повышают уровень глюкозы в крови. Эти вещества содержатся во всех сладких продуктах. Злоупотребление ими приводит к появлению постоянного чувства голода и, как следствие, к перееданию и увеличению веса.

Медленные (сложные) углеводы расщепляются организмом гораздо медленнее и постепенно расходуются на физическую активность. Их употребление не приводит к резким скачкам уровня глюкозы в крови. Медленные углеводы содержатся, к примеру, в овощах, цельнозерновом хлебе, необработанных крупах (буром рисе, гречке, бобовых и пр.).

Для чего нужны углеводы в организме человека

В человеческом организме углеводы выполняют 4 важных функции:

1. Энергетическую, представляющую собой выделение необходимой клеткам энергии в результате окислительных реакций углеводных соединений.
2. Структурную, согласно которой углеводы входят в состав соединительных тканей, плазмы и межклеточных мембран, в связке с белками образуют стероидные гормоны, ферменты.
3. Гидроосмотическую, благодаря которой происходит связывание молекул воды, поддержание в организме оптимального количества ионов кальция, магния.
4. Защитную, в рамках которой вещества обеспечивают эластичность сосудов, работоспособность суставной жидкости и слизистой.

Недостаток углеводов приводит к сердечным и сосудистым заболеваниям, болям в суставах, нарушениям концентрации внимания. Избыток считается причиной набора веса, появления аллергии, кариеса, патологических процессов в нервной системе.

Примечание

Продукты, содержащие моно- и полисахариды

Моносахариды содержатся в:

• меде;
• фруктах;
• винограде (глюкоза также носит название виноградный сахар);
• ягодах.

Список продуктов, содержащих полисахариды, включает:

• цельнозерновые крупы — овсянка, гречка, коричневый рис и проч.;
• картофель;
• горох;
• орехи;
• овощи;
• печень;
• рыбу;
• субпродукты;
• морские водоросли;
• шпинат;
• лук.

Современная диетология допускает комбинированное питание, когда в организм поступают и быстрые, и медленные углеводы. Но основу должны составлять сложные соединения с низким гликемическим индексом.