Читать онлайн: учебник биологии 10 класс Пасечник Базовый уровень параграф 8 страницы 63-66 «Углеводы, их строение и функции», для ознакомления перед покупкой. Цитаты из пособия 2023 года использованы также в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения. Код материалов: Биология Пасечник Базовый §8.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника.
Биология 10 класс (баз.)
§ 8. Углеводы, их строение и функции
Вспомните:
1. Какие углеводы вы знаете?
2. Какие продукты питания имеют сладкий вкус? Как вы думаете, почему?
3. В результате какого процесса на Земле образуются углеводы?
Углеводы.
Углеводами или сахарами называют органические соединения с общей формулой (СН2О)n или Сn(Н2О)m, хотя эти соотношения всегда строго выполняются (например, углевод рибоза имеет состав С5Н10О5), а в молекуле похожей на неё дезоксирибозы на один атом кислорода меньше, С5Н10О4). Название «углеводы» было предложено российским химиком Карлом Шмидтом (1822—1894) в 1844 г., оно является русским аналогом термина «гидраты углерода». В растворах они обычно переходят в циклические формы (рис. 25).
Эти циклические структуры могут существовать в двух формах, известных как альфа- и бета-формы. У альфа-формы гидроксильная группа при первом углеродном атоме расположена под плоскостью цикла, а у бета-формы — над ней (на рис. 25 как раз изображена альфа-форма глюкозы). Такие молекулы, с одинаковой химической формулой, но с разной структурой, называются изомерами. Связь же между альфа-изомерами будет называться альфа-связью, а между бета-изомерами — соответственно бета-связью.
В зависимости от числа входящих в молекулу сахаров атомов углерода (3, 4, 5, 6 и т. д.) их подразделяют на трёхуглеродные (триозы), четырёхуглеродные (тетрозы), пятиуглеродные (пентозы), шестиуглеродные (гексозы) сахара и т. д. В живых организмах углеводы встречаются как в мономерной форме (моносахариды), так и в виде полимеров разного размера (ди-, олиго- и полисахариды).
Среди моносахаридов наибольшее значение для клетки имеют пятиуглеродные рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, и рибулоза, к которой присоединяется углекислый газ в процессе фотосинтеза. Также для живых организмов весьма важны и некоторые шестиуглеродные сахара, такие, как глюкоза — основной источник энергии для человека и многих животных, фруктоза и галактоза, содержащиеся соответственно в продуктах растительного происхождения и в молоке млекопитающих. Поскольку глюкоза необходима для нормального функционирования любой ткани организма, её содержание в крови человека и других животных поддерживается на постоянном уровне.
Трёхуглеродные сахара (глицериновый альдегид и др.) образуются в качестве промежуточных продуктов в различных процессах обмена веществ и необходимы, например, для синтеза липидов.
Шестиуглеродные сахара редко встречаются в природе в мономерной форме, обычно они входят в состав ди-, олиго- и полисахаридов. Дисахарид сахароза (фруктовый сахар) состоит из остатков глюкозы и фруктозы (рис. 26). Именно она присутствует в плодах и фруктах и придаёт им сладкий вкус. Углеводы, образующиеся в зелёных листьях в процессе фотосинтеза, переносятся в другие части растений в виде этого углевода. Очищенная сахароза, которую получают из сахарной свёклы и сахарного тростника, и есть тот самый сахар, который мы добавляем в чай и другие продукты. Так как фруктоза имеет более сладкий вкус, чем глюкоза, сахарозу часто специально расщепляют на мономеры, чтобы добавлять в продукты меньше сахара.
Состоящая из остатков глюкозы и галактозы лактоза (молочный сахар) присутствует в молоке млекопитающих. Она обеспечивает энергией их новорождённых детёнышей. Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков глюкозы. Она образуется при расщеплении крахмала и гликогена ферментами-амилазами.
Олигосахариды, образованные сахарами и их производными, входят в состав гликолипидов и гликопротеинов, участвующих, например, в формировании гликокаликса животных клеток (рис. 27).
Полисахариды представляют собой линейные или разветвлённые гомополимеры, состоящие из повторяющихся мономеров (молекул глюкозы, её производных или других сахаров), соединённых ковалентной связью между 1-м и 4-м (а у разветвлённых полисахаридов также между 1-м и 6-м) атомами углерода (рис. 28). Линейный полисахарид целлюлоза (или клетчатка) образует стенки растительных клеток. В ней молекулы глюкозы соединены бета-1,4-связью, для расщепления которой нужны специальные ферменты. Целлюлозу могут расщеплять многие бактерии, грибы и другие микроорганизмы, поэтому именно они играют главную роль в разложении растительных остатков.
Некоторые из этих микроорганизмов обитают в рубце жвачных животных, позволяя им усваивать целлюлозу. В желудке и кишечнике многих других животных и человека нет ферментов, расщепляющих целлюлозу, поэтому клетчатка, содержащаяся в пище, у них не усваивается без помощи микроорганизмов — кишечной палочки и других бактерий, которые способны расщеплять этот полисахарид.
К широко распространённым полисахаридам относится хитин — линейный полимер, состоящий из остатков производного глюкозы N-ацетил-D-глюкозамина, которые соединены между собой бета-1,4-связью (рис. 29). Он является структурным элементом многих защитных образований. Так, хитин образует основу наружного скелета членистоногих и ряда других беспозвоночных, а также входит в состав клеточных стенок грибов и некоторых зелёных водорослей. Комплексы хитина с белками, пигментами и солями кальция представляют собой достаточно прочные высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, которые не растворяются в воде.
Основной запасной растительный полисахарид крахмал и основной запасной полисахарид грибов и животных гликоген представляют собой разветвлённые полимеры, близкие по своей структуре (гликоген имеет более разветвлённую структуру, чем крахмал, в состав которого входят также и линейные неразветвлённые молекулы). Молекулы глюкозы в них соединены альфа-1,4-связью, которая легко расщепляется пищеварительными ферментами животных — амилазами — с образованием дисахарида мальтозы, которая, в свою очередь, расщепляется до глюкозы ферментом мальтазой.
Образующаяся глюкоза всасывается в кишечнике и поступает в кровь, которая разносит её по организму. Потом она проникает в клетки, где либо используется для получения энергии (в процессах гликолиза и окислительного фосфорилирования), либо откладывается про запас в виде гликогена. Расщепление этого углевода в анаэробных условиях (в ходе гликолиза или брожения, которое происходит без участия кислорода) или полное аэробное окисление в митохондриях сопровождается выделением большого количества энергии (17,6 кДж/г).
Такие же процессы происходят и в человеческом организме, поэтому в рационе человека углеводы занимают значительное место. Их утилизация практически полностью покрывает энергетические затраты. Однако для больных сахарным диабетом продукты с глюкозой заменяют на те, в которых находятся другие сахара, например шестиатомный спирт сорбитол или фруктоза, которая медленно всасывается в кишечнике, а также её полимер инулин.
Таким образом, углеводы в живых организмах выполняют структурную и защитную (целлюлоза, хитин), запасную (гликоген, крахмал) и энергетическую (моно-, ди- и полисахариды) функции.
УГЛЕВОДЫ • МОНОСАХАРИДЫ • ДИСАХАРИДЫ • ОЛИГОСАХАРИДЫ • ПОЛИСАХАРИДЫ
ПОДУМАЙТЕ
1. Почему в клетках в качестве запасных углеводов откладываются полисахариды (крахмал и гликоген), а не моносахарид глюкоза?
2. Почему после лечения крупного рогатого скота антибиотиками падают надои молока (у молочных пород) и привес (у мясных пород)? Что нужно сделать для того, чтобы исправить ситуацию?
Моя лаборатория
Тренируемся
- Какой состав имеют молекулы углеводов? Приведите общую химическую формулу углеводов. Возможны ли исключения?
- Какие моносахариды имеют наибольшее значение в природе и почему?
- Почему даже здоровым людям важно контролировать уровень глюкозы в крови? Для кого это жизненно необходимо?
- Какова роль (функции) полисахаридов в природе и жизни человека?
- Напишите формулу четырёхуглеродного сахара (тетрозы).
Совершенствуемся
- На основе текста параграфа и анализа иллюстраций составьте схему, отражающую классификацию углеводов, исходя из их структурных особенностей.
- Посчитайте, сколько молекул кислорода потребуется для полного окисления молекулы сахарозы (С12Н22О11) и лауриловой (додекановой) жирной кислоты (С12Н24О2). Напишите уравнение реакций.
- Определите, сколько звеньев (С6Н10О5)n, т. е. чему равно число п, в молекулярной формуле полимера: хлопкового волокна (Мr = 1 750 000) и льняного волокна (Мr = 5 900 000).
- Составьте сравнительную таблицу горения органических веществ и их биологического окисления.
Это интересно
Использование живыми существами углеводов и других органических веществ в качестве основного энергетического источника по своей химической природе сродни горению дров в печке или сгоранию жидкого топлива в тепловых двигателях, но в значительной мере отличается от таковых. Во перечисленных случаях имеет место процесс окисления органических веществ с образованием углекислого газа и воды, который сопровождается интенсивным выделением тепловой энергии. При горении, осуществляющемся, как правило, с воспламенением, практически вся выделяющаяся энергия переходит в тепло, и дальнейшее её использование для производства какой-либо работы всегда происходит с довольно низким коэффициентом полезного действия (КПД). Разумеется, в биологических системах, прежде всего в клетке, этот процесс организован значительно сложнее и различается у разных групп организмов по участвующим в нём клеточным структурам и реализуемым механизмам. Из-за участия в процессах биологического окисления ферментов эти процессы идут с довольно высокой скоростью при температуре, значительно более низкой, чем горение. Кроме того, при биологическом окислении главная часть энергии запасается в виде таковой макроэргических химических связей универсального энергетического вещества — АТФ, которое в дальнейшем используется клеткой с КПД, недостижимым для тепловых двигателей.
Проводим исследование
Выполните лабораторную работу «Обнаружение углеводов с помощью качественной реакции» на с. 200.
Вы смотрели: учебник биологии 10 класс Пасечник Базовый уровень для ознакомления перед покупкой. Цитаты из пособия 2023 года использованы также в учебных целях для семейного и домашнего обучения. Код материалов: Биология Пасечник Базовый §8.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника.