Функції молекул вуглеводів у клітині. Функції вуглеводів

Вуглеводи та їх роль у життєдіяльності клітини

1. Які речовини, що належать до вуглеводів, вам відомі?
2. Яку роль граютьвуглеводи у живому організмі?

Вуглеводи та їх класифікація.

Зміст уроку конспект уроку та опорний каркас презентація уроку акселеративні методи та інтерактивні технології закриті вправи (тільки для використання вчителями) оцінювання Практика завдання та вправи, самоперевірка практикуми, лабораторні, кейси, рівень складності завдань: звичайний, високий, олімпіадний домашнє завдання Ілюстрації ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, коміксі, мультимедіа реферати фішки для допитливих шпаргалки гумор, казки Доповнення зовнішнє незалежне тестування (ВНТ) підручники основні та додаткові тематичні свята, слогани статті національні особливості словник термінів інші Тільки для вчителів

В основі будови біологічних молекул лежить здатність атомів вуглецю утворювати ковалентні зв'язки, зазвичай, з атомами вуглецю, кисню, водню або азоту. Молекули можуть мати форму довгих ланцюгів або формувати кільцеві структури.

Серед органічних молекул, що входять до складу клітини, виділяють вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти.

Вуглеводи –це полімери, що утворюються з моносахаридів шляхом глікозидного зв'язування. Моносахариди поєднуються шляхом конденсації (реакція супроводжується виділенням молекули води).

Вуглеводи поділяються на прості (моносахариди) та складні (полісахариди). Серед моносахаридів за кількістю вуглецевих атомів розрізняють тріози (3С), тетрози (4С), пентози (5С), гексизи (6С), гептози (7С). У розчинах пентози та гексози можуть набувати циклічної форми.

Дві молекули моносахариду з'єднуються між собою із виділенням молекули води та утворюється дисахарид. Типові приклади дисахаридів - сахароза (глюкоза + фруктоза), мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (галактоза + глюкоза). Дисахариди за своїми властивостями схожі на моносахариди. Вони добре розчиняються у воді та солодкі на смак.

Якщо збільшувати кількість моносахаридів, то розчинність знижується, зникає солодкий смак.

Моносахариди, які часто зустрічаються у природі – це гліцериновий альдегід, рибоза, рибулоза, дезоксирибоза, фруктоза, галактоза.

Гліцериновий альдегід бере участь у реакціях фотосинтезу. Рибоза входить до складу РНК, АТФ. Дезоксирибоза входить до складу ДНК. Рибулоза у чистому вигляді у природі не зустрічається, а її фосфорний ефір бере участь у реакціях фотосинтезу. Фруктоза бере участь у перетвореннях крохмалю. Галактоза входить до складу лактози.

Полісахариди, які часто зустрічаються у природі – крохмаль, глікоген, целюлоза, хітин, інулін.

Крохмаль складається з двох полімерів - глюкози. Глікоген – це полімер α – глюкози. Він є запасною поживною речовиною у тваринних клітинах. Целюлоза – це полімер β – глюкози. Входить до складу клітинної стінки рослин. Целюлоза складається з паралельних ланцюгів, які з'єднуються водневими зв'язками. Таке поперечне зв'язування запобігає проникненню води. Целюлоза дуже стійка до гідролізу та є структурною молекулою.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Сучасні методи дослідження клітини

Електронна мікроскопія.. фізики запропонували використовувати замість пучка світла пучок електронів електрони.. трансмісійний електронний мікроскоп.

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Твітнути

Всі теми цього розділу:

Світлова мікроскопія
Клітина та її органели були відкриті за допомогою світлового мікроскопа. Зображення деяких органел було важко розглянути, оскільки вони були прозорі. Надалі були розроблені різні методи

Клітинна теорія
Клітини –структурні та функціональні одиниці живих організмів. Подібне уявлення, відоме як клітинна теорія, склалася поступово в ХІХ столітті в результаті мікрос

Вода та неорганічні сполуки, їхня роль у клітині
На першому місці серед речовин клітин знаходиться вода. Її зміст залежить від виду організму, умов його місцеперебування тощо. Наприклад, вміст води в емалі зуба – 10%, у нервових клітин

Ліпіди, їхня роль у клітині
Ліпіди – це ефіри будь-якого спирту та жирних кислот. Вони різноманітні за своєю будовою. Виділяють кілька груп ліпідів. Тріацилгліцероли (або справжні

Білки, їх будова та функції
Білки входять до складу всіх рослинних та тваринних тканин. У клітинах та тканинах зустрічаються понад 170 різних амінокислот. У складі білків виявляється лише 26 їх. Звичайними компонентами білк

Функції білків
Енергетична – за повного розщеплення 1 р білка виділяється 17,6 кДж енергії. Структурна – білки входять до складу всіх клітинних мембран та органоїдів клітини, а також у

Ферменти
Ферменти – це специфічні білки, які є у всіх живих організмах. Вони відіграють роль біологічних каталізаторів. Ферменти можуть бути простими білками або складними

Найважливіші групи ферментів
Номер і назва класів Реакції, що каталізуються Приклади 1. Оксидоредуктази 2. Трансферази 3. Гідролази 4. Ліази 5. Ізомер

Нуклеїнові кислоти
Нуклеїнові кислоти були відкриті в 1869 швейцарським хіміком Мішером. Існують два види нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота). РНК (рибонуклеїнова)

Реплікація ДНК
Генетичний матеріал може бути здатний до точного самовідтворення при кожному клітинному розподілі. Кожен ланцюг ДНК може бути матрицею для синтезу поліпептидного ланцюжка. Такий механізм реплі

Біологічні мембрани, їх будова, властивості та функції. Плазматична мембрана
Плазматична мембрана, або плазмалема, - найбільш постійна, основна, універсальна всім клітин мембрана. Вона є найтоншою (близько 10 нм) плівкою, що покриває в

Клітинна стінка рослин
Клітинна стінка одна із найважливіших компонентів клітин рослин, грибів, є в рослин. Клітинна стінка виконує функції: Забезпечує механічну міцність

Цитоплазма: гіалоплазма, цитоскелет
Живий вміст еукаріотичних клітин складається з ядра та цитоплазми, які разом утворюють протоплазму. До складу цитоплазми входять основна водяниста речовина і органели, що знаходяться в ньому.

Органоїди клітини, їх будова та функції
Пластиди - автономні органели рослинних клітин. Існують такі різновиди пластид: Пропластиди Лейкопласти Етіопласти Хлоропл

Для нормального функціонування людського організму необхідні фундаментальні речовини, з яких будуються всі структурні частини клітини, тканини і взагалі весь організм. Це такі сполуки, як:

Усі вони дуже важливі. Не можна виділити серед них більш менш значущі, адже недолік будь-кого веде організм до неминучої загибелі. Розглянемо, що є такі сполуки, як вуглеводи, і яку роль грають вони у клітині.

Загальне поняття про вуглеводи

З погляду хімії вуглеводами називаються складні кисневмісні органічні сполуки, склад яких виражається загальною формулою C n (H 2 O) m . При цьому індекси повинні бути рівні, або більше чотирьох.

Функції вуглеводів у клітині схожі для рослин, тварин та людини. Які вони розглянемо нижче. З іншого боку, самі собою дані сполуки дуже різні. Існує ціла класифікація, яка об'єднує їх у одну групу і ділить у своїй різні гілки залежно від будівлі та складу.

та властивості

Яка ж будова молекул цього класу? Адже саме це і визначатиме, які функції вуглеводів у клітці, яку роль вони відіграватимуть у ній. З хімічної точки зору всі речовини, що розглядаються, - це альдегідоспирти. До складу їхньої молекули входить альдегідне угруповання -СОН, а також спиртові функціональні групи -ОН.

Існує кілька варіантів формул, за допомогою яких можна зобразити

Дивлячись останні дві формули, можна спрогнозувати функції вуглеводів у клітині. Адже стануть зрозумілими їхні властивості, а звідси й роль.

Хімічні властивості, що виявляють цукру, пояснюються наявністю двох різних функціональних груп. Так, наприклад, як і вуглеводи здатні давати якісну реакцію зі свіжоосадженим гідроксидом міді (II), а як альдегіди, окислюються до в результаті реакції срібного дзеркала.

Класифікація вуглеводів

Так як розглянутих молекул велика різноманітність, то хіміками була створена єдина класифікація, яка поєднує всі схожі сполуки у певні групи. Так, виділяють такі типи цукрів.

1. Прості або моносахариди.Містять одну субодиницю у складі. Серед них виділяють пентози, гексози, гептози та інші. Найважливіші та найпоширеніші - рибоза, галактоза, глюкоза та фруктоза.
2. Складні. Складаються з кількох субодиниць. Дисахариди – з двох, олігосахариди – від 2 до 10, полісахариди – більше 10. Найважливіші серед них: сахароза, мальтоза, лактоза, крохмаль, целюлоза, глікоген та інші.

Функції вуглеводів у клітині та організмі дуже важливі, тому значення мають усі перелічені варіанти молекул. Для кожної з них відводиться своя роль. Які ж це функції розглянемо нижче.

Функції вуглеводів у клітині

Їх декілька. Однак існують ті, які можна назвати основними, визначальними і є другорядними. Щоб краще розібратися в цьому питанні, слід їх перерахувати більш структуровано і зрозуміло. Так ми з'ясуємо функції вуглеводів у клітині. Таблиця, наведена нижче, нам у цьому допоможе.

Вочевидь, що переоцінити значення аналізованих речовин складно, оскільки вони лежать основу багатьох життєво важливих процесів. Розглянемо деякі функції вуглеводів у клітині докладніше.

Енергетична функція

Одна з найважливіших. Жодні продукти харчування, які споживає людина, не здатні дати їй таку кількість кілокалорій, як вуглеводи. Адже саме 1 грам даних речовин розщеплюється із вивільненням 4,1 ккал (38,9 кДж) та 0,4 грама води. Такий вихід здатний забезпечити енергією роботу всього організму.

Тому з упевненістю можна сказати, що вуглеводи у клітині виконують функції постачальників чи джерел сили, енергії, можливості для існування, до здійснення будь-якого виду діяльності.

Давно помічено, що саме солодощі, які є вуглеводами здебільшого, здатні швидко відновити сили та надати енергії. Це стосується не лише фізичних тренувань, навантажень, а й мисленнєвої діяльності. Адже чим більше людина думає, вирішує, розмірковує, вчить та інше, тим більше біохімічних процесів відбувається у його головному мозку. А для їхнього здійснення потрібна енергія. Де її взяти? Відповідь вірніше, продукти, що їх містять, дадуть її.

Енергетична функція, яку виконують розглянуті сполуки, дозволяє не тільки рухатися та думати. Енергія потрібна і на багато інших процесів:

• побудови структурних частин клітини;
• газообміну;
• пластичного обміну;
• виділення;
• кровообігу та ін.

Усі життєво важливі процеси вимагають джерела енергії для свого існування. Це забезпечують для живих істот вуглеводи.

Пластична

Інша назва цієї функції - будівельна, чи структурна. Воно говорить саме за себе. Вуглеводи беруть активну участь у побудові важливих макромолекул в організмі, таких як:

• АДФ та інші.

Саме завдяки розглянутим нами сполукам відбувається формування гліколіпідів – одних із найважливіших молекул клітинних мембран. Крім того, з целюлози, тобто полісахариду, побудована рослина. Вона ж – основна частина деревини.

Якщо ж говорити про тварин, то у членистоногих (ракоподібних, павуків, кліщів), протистів до складу клітинної мембрани входить хітин - компонент же зустрічається в клітинах грибів.

Таким чином, вуглеводи в клітині виконують функції будівельного матеріалу і дозволяють формуватися багатьом новим структурам та розпадатися старим із вивільненням енергії.

Запасаюча

Ця функція дуже важлива. Не вся енергія, що надходить до організму з їжею, витрачається відразу. Частина залишається ув'язненою в молекулах вуглеводів і відкладається у вигляді запасних поживних речовин.

У рослин це крохмаль, або інулін, у клітинній стінці – целюлоза. У людини та тварин – глікоген, або тваринний жир. Це відбувається для того, щоб завжди був запас енергії у разі голодування організму. Так, наприклад, верблюди запасають жир не тільки для отримання енергії при його розщепленні, а здебільшого для вивільнення необхідної кількості води.

Захисна функція

Поруч із описаними вище, функції вуглеводів у клітині живих організмів ще й захисні. У цьому легко переконатися, якщо проаналізувати якісний склад смоли та камеді, що утворюється на місці поранення структури дерева. За своєю хімічною природою це моносахариди та їх похідні.

Така в'язка рідина не дозволяє стороннім патогенним організмам проникати всередину дерева та шкодити йому. Так виходить, що здійснюється виконання захисної функції вуглеводів.

Також прикладом цієї функції можуть бути такі освіти в рослин, як шипи, колючки. Це – мертві клітини, які складаються переважно з целюлози. Вони захищають рослину від поїдання тваринами.

Основна функція вуглеводів у клітині

З тих функцій, що ми перерахували, безумовно, можна назвати найголовнішу. Адже завдання кожного продукту, що містить аналізовані речовини, - засвоїтися, розщепитися і дати організму необхідну життя енергію.

Тому основна функція вуглеводів у клітині – енергетична. Без достатньої кількості життєвих сил зможе нормально протікати жоден процес, як внутрішній, і зовнішній (рух, міміка обличчя та інше). А більше, ніж вуглеводи, жодна речовина не може дати енергетичного виходу. Тому ми позначаємо цю роль як найважливішу і значиму.

Продукти, що містять вуглеводи

Ще раз узагальнимо. Функції вуглеводів у клітині такі:

• енергетична;
• структурна;
• запасаюча;
• захисна;
• рецепторна;
• теплоізоляційна;
• каталітична та інші.

Які ж продукти потрібно вживати, щоб організм отримував достатню кількість цих речовин щодня? Невеликий список, в якому зібрані лише найбагатші вуглеводами продукти, допоможе нам розібратися.

1. Рослини, бульби яких багаті на крохмаль (картопля, топінамбур та інші).
2. Крупи (рис, перлівка, гречка, пшоно, овес, пшениця та інші).
3. Хліб та всі хлібобулочні вироби.
4. Тростниковий або – це дисахарид у чистому вигляді.
5. Макарони та всі їх різновиди.
6. Мед - на 80% складається з рацемічної суміші глюкози та фруктози.
7. Солодощі - будь-які кондитерські вироби, які солодкі на смак є джерелами вуглеводів.

Однак зловживати перерахованими продуктами також не варто, адже це може призвести до зайвого відкладення глікогену і, як наслідок, ожиріння, цукрового діабету.

Вуглеводи- Органічні сполуки, що складаються з однієї або багатьох молекул простих цукрів. Вміст вуглеводів у тварин клітинах становить 1-5%, а деяких клітинах рослин досягає 70%. Виділяють три групи вуглеводів: моносахариди (або прості цукри), олігосахариди (складаються з 2-10 молекул простих цукрів), полісахариди (складаються більш ніж з 10 молекул цукрів).

Моносахариди

Це кетонні чи альдегідні похідні багатоатомних спиртів. Залежно кількості атомів вуглецю розрізняють тріози, тетрози, пентози(рибоза, дезоксирибоза), гексози(глюкоза, фруктоза) та гептози. Залежно від функціональної групи цукру поділяють на альдози, що мають у складі альдегідну групу (глюкоза, рибоза, дезоксирибоза), та кетози, Що мають у складі кетонну групу (фруктоза) Моносахариди - безбарвні, тверді кристалічні речовини, легко розчиняються у воді, що мають, як правило, солодкий смак. Вони можуть існувати в ациклічних та циклічних формах, які легко перетворюються одна на одну. Оліго- та полісахариди утворюються з циклічних форм моносахаридів.

Олігосахариди

У природі переважно вони представлені дисахаридами, які з двох моносахаридів, пов'язаних друг з одним з допомогою глікозидного зв'язку. Найчастіше зустрічаються мальтоза, або солодовий цукор, що складається із двох молекул глюкози; лактоза, що входить до складу молока і складається з галактози та глюкози; цукроза, або буряковий цукор, що включає глюкозу та фруктозу. Дисахариди, як і моносахариди, розчиняються у воді і мають солодкий смак.

Полісахариди

У полісахаридах прості цукри (глюкоза, галактоза та ін.) з'єднані між собою глікозидними зв'язками. Якщо присутні лише 1-4 глікозидні зв'язки, то утворюється лінійний, нерозгалужений полімер (целюлоза), якщо присутні і 1-4, і 1-6 зв'язки, полімер буде розгалуженим (крохмаль, глікоген). Полісахариди втрачають солодкий смак та здатність розчинятися у воді.

Целюлоза- Лінійний полісахарид, що складається з молекул β-глюкози, з'єднаних 1-4 зв'язками. Вона виступає основним компонентом клітинної стінки рослин. Целюлоза не розчинна у воді і має велику міцність. У жуйних тварин целюлозу розщеплюють ферменти бактерій, які постійно мешкають у спеціальному відділі шлунка. Крохмальі глікоген- Основні форми запасу глюкози у рослин і тварин відповідно. Залишки -глюкози в них пов'язані 1-4 і 1-6 глікозидними зв'язками. Хітінутворює у членистоногих зовнішній скелет (панцир), у грибів надає міцність клітинної стінки.

Поєднуючись з ліпідами та білками, вуглеводи утворюють гліколіпідиі глікопротеїни.

В організмі вуглеводи виконують різні функції.

• Енергетична функція. При окисленні простих цукрів (насамперед глюкози) організм отримує основну частину необхідної енергії. При повному розщепленні 1 г глюкози вивільняється 17,6 кДж енергії.
• Запасна функція. Крохмаль(у рослин) та глікоген(у тварин, грибів та бактерій) відіграють роль джерела глюкози, вивільняючи її за необхідності.
• Будівельна (структурна) функція. Целюлоза(у рослин) та хітін(У грибів) надають міцність клітинним стінкам. Рибозаі дезоксирибозавходять до складу нуклеїнових кислот. Рибозатакож входить до складу АТФ, ФАД, НАД, НАДФ.
• Рецепторна функція. Впізнавання клітинами один одного забезпечується глікопротеїнами, що входять до складу клітинних мембран. Втрата здатності впізнавати одне одного й у клітин злоякісних пухлин.
• Захисна функція. Хітінутворює покриви (зовнішній скелет) тіла членистоногих.

Вуглеводаминазивають речовини із загальною формулою C n (H 2 O) m , де n і m можуть мати різні значення. Назва «вуглеводи» відбиває те що, що водень і кисень присутні у молекулах цих речовин у тому співвідношенні, як у молекулі води. Крім вуглецю, водню та кисню, похідні вуглеводів можуть містити й інші елементи, наприклад, азот.

Вуглеводи – одна з основних груп органічних речовин клітин. Вони являють собою первинні продукти фотосинтезу та вихідні продукти біосинтезу інших органічних речовин у рослинах (органічні кислоти, спирти, амінокислоти та ін), а також містяться у клітинах усіх інших організмів. У тваринній клітині вміст вуглеводів знаходиться в межах 1-2%, у рослинних вона може досягати в деяких випадках 85-90% маси сухої речовини.

Виділяють три групи вуглеводів:

• моносахариди або прості цукри;
• олігосахариди - сполуки, що складаються з 2-10 послідовно з'єднаних молекул простих цукрів (наприклад, дисахариди, трисахариди тощо).
• Полісахариди складаються більш ніж з 10 молекул простих цукрів або їх похідних (крохмаль, глікоген, целюлоза, хітин).

Моносахариди (прості цукру)

Залежно від довжини вуглецевого скелета (кількості атомів вуглецю) моносахариди поділяють на тріози (C3), тетрози (C4), пентози (C5), гексози (C6), гептози (C7).

Молекули моносахаридів є або альдегідоспирт (альдоз), або кетоспирт (кетоз). Хімічні властивості цих речовин визначаються насамперед альдегідними або кетонними угрупованнями, що входять до складу їх молекул.

Моносахариди добре розчиняються у воді, солодкі на смак.

При розчиненні у воді моносахариди, починаючи з пентоз, набувають кільцевої форми.

Циклічні структури пентоз і гексоз - звичайні їх форми: у будь-який момент лише невелика частина молекул існує у вигляді «відкритого ланцюга». До складу оліго- та полісахаридів також входять циклічні форми моносахаридів.

Крім цукрів, у яких всі атоми вуглецю пов'язані з атомами кисню, є частково відновлені цукри, найважливішим з яких є дезоксирибоза.

Олігосахариди

При гідроліз олігосахариди утворюють кілька молекул простих цукрів. В олігосахаридах молекули простих цукрів з'єднані так званими глікозидними зв'язками, що з'єднують атом вуглецю однієї молекули через кисень з атомом вуглецю іншої молекули.

До найважливіших олігосахаридів відносяться мальтоза (солодовий цукор), лактоза (молочний цукор) і сахароза (тростниковий або буряковий цукор). Ці цукри називають також дисахаридами. За своїми властивостями дисахариди блокують моносахариди. Вони добре розчиняються у воді та мають солодкий смак.

Полісахариди

Це високомолекулярні (до 10 000 000 Так) полімерні біомолекули, що складаються з великої кількості мономерів - простих цукрів та їх похідних.

Полісахариди можуть складатися з моносахаридів одного або різних типів. У першому випадку вони називаються гомополісахариди (крохмаль, целюлоза, хітин та ін), у другому - гетерополісахариди (гепарин). Усі полісахариди не розчиняються у воді і не мають солодкого смаку. Деякі їх здатні набухати і ослизняться.

Найважливішими полісахаридами є такі.

Целюлоза- Лінійний полісахарид, що складається з декількох прямих паралельних ланцюгів, з'єднаних між собою водневими зв'язками. Кожен ланцюг утворений залишками β-D-глюкози. Така структура перешкоджає проникненню води, дуже міцна на розрив, що забезпечує стійкість оболонок клітин рослин, у яких 26-40 % целюлози.

Целюлоза служить їжею для багатьох тварин, бактерій та грибів. Однак більшість тварин, у тому числі і людина, не можуть засвоювати целюлозу, оскільки в їхньому шлунково-кишковому тракті відсутня фермент целюлаза, що розщеплює целюлозу до глюкози. У той же час целюлозні волокна відіграють важливу роль у харчуванні, оскільки вони надають їжі об'ємності та грубої консистенції, стимулюють перистальтику кишечника.

Крохмаль та глікоген. Ці полісахариди є основними формами запасання глюкози у рослин (крохмаль), тварин, людини та грибів (глікоген). За їх гідролізі в організмах утворюється глюкоза, необхідна процесів життєдіяльності.

Хітінутворений молекулами β-глюкози, в якій спиртова група при другому атомі вуглецю заміщена азотовмісною групою NHCOCH 3 . Його довгі паралельні ланцюги, як і ланцюги целюлози, зібрані в пучки.

Хітін - основний структурний елемент покривів членистоногих та клітинних стінок грибів.

Функції вуглеводів

Енергетична. Глюкоза є основним джерелом енергії, що вивільняється у клітинах живих організмів у ході клітинного дихання (1 г вуглеводів при окисленні вивільняє 17,6 кДж енергії).

Структурна. Целюлоза входить до складу клітинних оболонок рослин; хітин є структурним компонентом покривів членистоногих та клітинних стінок грибів.

Деякі олігосахариди входять до складу цитоплазматичної мембрани клітини (у вигляді глікопротеїдів та гліколіпідів) та утворюють глікоколікс.

Метаболічна. Пентози беруть участь у синтезі нуклеотидів (рибоза входить до складу нуклеотидів РНК, дезоксирибозу - до складу нуклеотидів ДНК), деяких коферментів (наприклад НАД, НАДФ, коферменту А, ФАД), АМФ; беруть участь у фотосинтезі (рибулозодифосфат є акцептором 2 у темновій фазі фотосинтезу).

Пентози та гексози беруть участь у синтезі полісахаридів; у цій ролі особливо важлива глюкоза.