Функции молекул углеводов в клетке. Функции углеводов

Углеводы и их роль в жизнедеятельности клетки

1. Какие вещества, относящиеся к углеводам, вам известны?
2. Какую роль играют углеводы в живом организме?

Углеводы и их классификация.

Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей

В основе строения биологических молекул лежит способность атомов углерода образовывать ковалентные связи, обычно с атомами углерода, кислорода, водорода или азота. Молекулы могут иметь форму длинных цепей или формировать кольцевые структуры.

Среди органических молекул, входящих в состав клетки выделяют углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты.

Углеводы – это полимеры, которые образуются из моносахаридов путем гликозидного связывания. Моносахариды объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекулы воды).

Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Среди моносахаридов по числу углеродных атомов различают триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). В растворах пентозы и гексозы могут принимать циклическую форму.

Две молекулы моносахарида соединяются между собой с выделением молекулы воды и образуется дисахарид. Типичные примеры дисахаридов – сахароза (глюкоза + фруктоза), мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (галактоза + глюкоза). Дисахариды по своим свойствам похожи на моносахариды. Они хорошо растворяются в воде и сладкие на вкус.

Если количество моносахаридов увеличивать, то растворимость снижается, исчезает сладкий вкус.

Моносахариды, которые часто встречаются в природе – это глицериновый альдегид, рибоза, рибулоза, дезоксирибоза, фруктоза, галактоза.

Глицериновый альдегид участвует в реакциях фотосинтеза. Рибоза входит в состав РНК, АТФ. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Рибулоза в чистом виде в природе не встречается, а ее фосфорный эфир участвует в реакциях фотосинтеза. Фруктоза участвует в превращениях крахмала. Галактоза входит в состав лактозы.

Полисахариды, которые часто встречаются в природе – крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, инулин.

Крахмал состоит из двух полимеров α – глюкозы. Гликоген – это полимер α – глюкозы. Он является запасным питательным веществом в животных клетках. Целлюлоза – это полимер β – глюкозы. Входит в состав клеточной стенки растений. Целлюлоза состоит из параллельных цепей, которые соединяются водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и является структурной молекулой.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Современные методы исследования клетки

Электронная микроскопия.. физики предложили использовать вместо пучка света пучок электронов электроны.. трансмиссионный электронный микроскоп..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Световая микроскопия
Клетка и ее органеллы были открыты с помощью светового микроскопа. Изображение некоторых органелл было сложно рассмотреть, так как они были прозрачны. В последствии были разработаны различные метод

Клеточная теория
Клетки –структурные и функциональные единицы живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, сложилась постепенно в девятнадцатом веке в результате микрос

Вода и неорганические соединения, их роль в клетке
На первом месте среди веществ клеток находится вода. Ее содержание зависит от вида организма, условий его местообитаний и т.д. Например, содержание воды в эмали зуба – 10%, в нервных клетк

Липиды, их роль в клетке
Липиды – это эфиры какого-либо спирта и жирных кислот. Они разнообразны по своему строению. Выделяют несколько групп липидов. Триацилглицеролы (или настоящие

Белки, их строение и функции
Белки входят в состав всех растительных и животных тканей. В клетках и тканях встречаются более 170 различных аминокислот. В составе белков обнаруживается лишь 26 из них. Обычными компонентами белк

Функции белков
Энергетическая – при полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. Структурная – белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также в

Ферменты
Ферменты –это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах. Они играют роль биологических катализаторов. Ферменты могут являться простыми белками или сложными

Важнейшие группы ферментов
Номер и название классов Катализируемые реакции Примеры 1. Оксидоредуктазы 2. Трансферазы 3. Гидролазы 4. Лиазы 5. Изомер

Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 году швейцарским химиком Мишером. Существуют два вида нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). РНК (рибонуклеиновая

Репликация ДНК
Генетический материал должен быть способен к точному самовоспроизведению при каждом клеточном делении. Каждая цепь ДНК может служить матрицей для синтеза полипептидной цепочки. Такой механизм репли

Биологические мембраны, их строение, свойства и функции. Плазматическая мембрана
Плазматическая мембрана, или плазмалемма, - наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую в

Клеточная стенка растений
Клеточная стенка является одним из важнейших компонентов клеток растений, грибов, имеется у растений. Клеточная стенка выполняет функции: Обеспечивает механическую прочность

Цитоплазма: гиалоплазма, цитоскелет
Живое содержимое эукариотических клеток слагается из ядра и цитоплазмы, которые вместе образуют протоплазму. В состав цитоплазмы входят основное водянистое вещество и находящиеся в нем органеллы.

Органоиды клетки, их строение и функции
Пластиды –автономные органеллы растительных клеток. Существуют следующие разновидности пластид: Пропластиды Лейкопласты Этиопласты Хлоропл

Для нормального функционирования человеческому организму необходимы фундаментальные вещества, из которых и строятся все структурные части клетки, ткани и вообще весь организм. Это такие соединения, как:

Все они очень важны. Нельзя выделить среди них более или менее значимые, ведь недостаток любого ведет организм к неминуемой гибели. Рассмотрим, что представляют собой такие соединения, как углеводы, и какую роль играют они в клетке.

Общее понятие об углеводах

С точки зрения химии углеводами называются сложные кислородсодержащие органические соединения, состав которых выражается общей формулой C n (H 2 O) m . При этом индексы должны быть либо равны, либо больше четырех.

Функции углеводов в клетке схожи для растений, животных и человека. Какие они, рассмотрим ниже. Кроме того, сами по себе данные соединения очень различны. Существует целая классификация, которая объединяет их все в одну группу и делит при этом на разные ветви в зависимости от строения и состава.

и свойства

Каково же строение молекул этого класса? Ведь именно это и будет определять, каковы функции углеводов в клетке, какую роль они будут играть в ней. С химической точки зрения все рассматриваемые вещества - это альдегидоспирты. В состав их молекулы входит альдегидная группировка -СОН, а также спиртовые функциональные группы -ОН.

Существует несколько вариантов формул, с помощью которых можно изобразить

Глядя на последние две формулы, можно спрогнозировать функции углеводов в клетке. Ведь станут понятны их свойства, а отсюда и роль.

Химические свойства, которые проявляют сахара, объясняются наличием двух разных функциональных групп. Так, например, как и углеводы способны давать качественную реакцию со свежеосажденным гидроксидом меди (II), а как альдегиды, окисляются до в результате реакции серебряного зеркала.

Классификация углеводов

Так как рассматриваемых молекул большое разнообразие, то химиками была создана единая классификация, которая объединяет все схожие соединения в определенные группы. Так, выделяют следующие типы сахаров.

1. Простые, или моносахариды. Содержат одну субъединицу в составе. Среди них выделяют пентозы, гексозы, гептозы и прочие. Самые важные и распространенные - рибоза, галактоза, глюкоза и фруктоза.
2. Сложные . Состоят из нескольких субъединиц. Дисахариды - из двух, олигосахариды - от 2 до 10, полисахариды - больше 10. Самые важные среди них: сахароза, мальтоза, лактоза, крахмал, целлюлоза, гликоген и прочие.

Функции углеводов в клетке и организме очень важны, поэтому значение имеют все перечисленные варианты молекул. Для каждой из них отводится своя роль. Какие же это функции, рассмотрим ниже.

Функции углеводов в клетке

Их несколько. Однако существуют те, которые можно назвать основными, определяющими, и есть второстепенные. Чтобы лучше разобраться в данном вопросе, следует все их перечислить более структурировано и понятно. Так мы выясним функции углеводов в клетке. Таблица, приведенная ниже, нам в этом поможет.

Очевидно, что переоценить значение рассматриваемых веществ сложно, так как именно они лежат в основе многих жизненно важных процессов. Рассмотрим некоторые функции углеводов в клетке более подробно.

Энергетическая функция

Одна из самых важных. Никакие продукты питания, потребляемые человеком, не способны дать ему такое количество килокалорий, как углеводы. Ведь именно 1 грамм данных веществ расщепляется с высвобождением 4,1 ккал (38,9 кДж) и 0,4 грамма воды. Такой выход способен обеспечить энергией работу всего организма.

Поэтому с уверенностью можно сказать, что углеводы в клетке выполняют функции поставщиков или источников силы, энергии, возможности к существованию, к осуществлению любого вида деятельности.

Давно замечено, что именно сладости, которые являются углеводами по большей части, способны быстро восстановить силы и придать энергии. Это касается не только физических тренировок, нагрузок, но и мыслительной деятельности. Ведь чем больше человек думает, решает, размышляет, учит и прочее, тем больше биохимических процессов происходит в его головном мозге. А для их осуществления нужна энергия. Где ее взять? Ответ вернее, продукты, которые их содержат, дадут ее.

Энергетическая функция, которую выполняют рассматриваемые соединения, позволяет не только двигаться и думать. Энергия нужна и на многие другие процессы:

• построения структурных частей клетки;
• газообмена;
• пластического обмена;
• выделения;
• кровообращения и проч.

Все жизненно важные процессы требуют источника энергии для своего существования. Это и обеспечивают для живых существ углеводы.

Пластическая

Другое название данной функции - строительная, или структурная. Оно говорит само за себя. Углеводы принимают активное участие в построении важных макромолекул в организме, таких как:

• АДФ и прочие.

Именно благодаря рассматриваемым нами соединениям происходит формирование гликолипидов - одних из важнейших молекул клеточных мембран. Кроме того, из целлюлозы, то есть полисахарида, построена растений. Она же - основная часть древесины.

Если же говорить о животных, то у членистоногих (ракообразных, пауков, клещей), протистов в состав клеточной мембраны входит хитин - же компонент встречается в клетках грибов.

Таким образом, углеводы в клетке выполняют функции строительного материала и позволяют формироваться многим новым структурам и распадаться старым с высвобождением энергии.

Запасающая

Данная функция очень важна. Не вся энергия, поступающая в организм с пищей, тратится сразу. Часть остается заключенной в молекулах углеводов и откладывается в виде запасных питательных веществ.

У растений это крахмал, или инулин, в клеточной стенке - целлюлоза. У человека и животных - гликоген, или животный жир. Это происходит для того, чтобы всегда был запас энергии на случай голодания организма. Так, например, верблюды запасают жир не только для получения энергии при его расщеплении, а, по большей части, для высвобождения необходимого количества воды.

Защитная функция

Наряду с описанными выше, функции углеводов в клетке живых организмов еще и защитные. В этом легко убедиться, если проанализировать качественный состав смолы и камеди, образующейся в месте ранения структуры дерева. По своей химической природе это моносахариды и их производные.

Такая вязкая жидкость не позволяет посторонним патогенным организмам проникать внутрь дерева и вредить ему. Так получается, что осуществляется выполнение защитной функции углеводов.

Также примером данной функции могут служить такие образования у растений, как шипы, колючки. Это - мертвые клетки, которые состоят преимущественно из целлюлозы. Они защищают растение от поедания животными.

Основная функция углеводов в клетке

Из тех функций, что мы перечислили, безусловно, можно выделить самую главную. Ведь все же задача каждого продукта, содержащего рассматриваемые вещества, - усвоиться, расщепиться и дать организму необходимую для жизни энергию.

Поэтому основная функция углеводов в клетке - энергетическая. Без достаточного количества жизненных сил не сможет нормально протекать ни один процесс, как внутренний, так и наружный (движение, мимика лица и прочее). А больше, чем углеводы, ни одно вещество не может дать энергетический выход. Поэтому мы и обозначаем данную роль как самую важную и значимую.

Продукты, содержащие углеводы

Еще раз обобщим. Функции углеводов в клетке следующие:

• энергетическая;
• структурная;
• запасающая;
• защитная;
• рецепторная;
• теплоизоляционная;
• каталитическая и прочие.

Какие же продукты необходимо употреблять, чтобы организм получал достаточное количество этих веществ каждый день? Небольшой список, в котором собраны только наиболее богатые углеводами продукты, поможет нам в этом разобраться.

1. Растения, клубни которых богаты крахмалом (картофель, топинамбур и другие).
2. Крупы (рис, перловка, гречка, пшено, овес, пшеница и прочие).
3. Хлеб и все хлебобулочные изделия.
4. Тростниковый или - это дисахарид в чистом виде.
5. Макароны и все их разновидности.
6. Мед - на 80% состоит из рацемической смеси глюкозы и фруктозы.
7. Сладости - любые кондитерские изделия, которые сладки на вкус, являются источниками углеводов.

Однако злоупотреблять перечисленными продуктами также не стоит, ведь это может привести к излишнему отложению гликогена и, как следствие, ожирению, а также сахарному диабету.

Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1-5%, а в некоторых клетках растений достигает 70%. Выделяют три группы углеводов: моносахариды (или простые сахара), олигосахариды (состоят из 2-10 молекул простых сахаров), полисахариды (состоят более чем из 10 молекул сахаров).

Моносахариды

Это кетонные или альдегидные производные многоатомных спиртов. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы , тетрозы , пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза) и гептозы . В зависимости от функциональной группы сахара подразделяют на альдозы , имеющие в составе альдегидную группу (глюкоза, рибоза, дезоксирибоза), и кетозы , имеющие в составе кетонную группу (фруктоза). Моносахариды — бесцветные, твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, имеющие, как правило, сладкий вкус. Они могут существовать в ациклических и циклических формах, которые легко превращаются друг в друга. Олиго- и полисахариды образуются из циклических форм моносахаридов.

Олигосахариды

В природе в большей степени они представлены дисахаридами, состоящими из двух моносахаридов, связанных друг с другом с помощью гликозидной связи. Наиболее часто встречаются мальтоза , или солодовый сахар, состоящий из двух молекул глюкозы; лактоза , входящая в состав молока и состоящая из галактозы и глюкозы; сахароза , или свекловичный сахар , включающий глюкозу и фруктозу. Дисахариды, как и моносахариды, растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

Полисахариды

В полисахаридах простые сахара (глюкоза, галактоза и др.) соединены между собой гликозидными связями. Если присутствуют только 1-4 гликозидные связи, то образуется линейный, неразветвленный полимер (целлюлоза), если присутствуют и 1-4, и 1-6 связи, полимер будет разветвленным (крахмал, гликоген). Полисахариды утрачивают сладкий вкус и способность растворяться в воде.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из молекул β-глюкозы, соединенных 1-4 связями. Она выступает главным компонентом клеточной стенки растений. Целлюлоза не растворима в воде и обладает большой прочностью. У жвачных животных целлюлозу расщепляют ферменты бактерий, постоянно обитающих в специальном отделе желудка. Крахмал и гликоген — основные формы запаса глюкозы у растений и животных соответственно. Остатки α-глюкозы в них связаны 1-4 и 1-6 гликозидными связями. Хитин образует у членистоногих наружный скелет (панцирь), у грибов придает прочность клеточной стенке.

Соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеины .

В организме углеводы выполняют разные функции.

• Энергетическая функция . При окислении простых сахаров (в первую очередь глюкозы) организм получает основную часть необходимой ему энергии. При полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии.
• Запасающая функция . Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, грибов и бактерий) играют роль источника глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости.
• Строительная (структурная) функция . Целлюлоза (у растений) и хитин (у грибов) придают прочность клеточным стенкам. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Рибоза также входит в состав АТФ, ФАД, НАД, НАДФ.
• Рецепторная функция . Узнавания клетками друг друга обеспечивается гликопротеинами, входящими в состав клеточных мембран. Утрата способности узнавать друг друга характерна для клеток злокачественных опухолей.
• Защитная функция . Хитин образует покровы (наружный скелет) тела членистоногих.

Углеводами называют вещества с общей формулой C n (H 2 O) m , где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

• моносахариды или простые сахара;
• олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
• полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C 3), тетрозы (C 4), пентозы (C 5), гексозы (C 6), гептозы (C 7).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген . Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH 3 . Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая . Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная . Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

Метаболическая . Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза - в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO 2 в темновой фазе фотосинтеза).

Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.