Углеводы Строение и функции - ABCD42.RU

Углеводы Строение и функции

Углеводы

С пищей поступают простые и сложные углеводы, усвояемые и неусвояемые углеводы. Основными простыми углеводами являются глюкоза, галактоза и фруктоза (моносахариды), сахароза, лактоза и мальтоза (дисахариды). Сложные углеводы (полисахариды) — крахмал, гликоген, клетчатка, пектины, гемицеллюлоза. Углеводы составляют основную часть пищевого рациона и обеспечивают 50— 60 % его энергоценности. 1 г усвояемых углеводов при окислении в организме дает 4 ккал (16,7 кДж). Углеводы необходимы для нормального обмена белков и жиров. В комплексе с белками они образуют некоторые гормоны и ферменты, секреты слюнных и других, образующих слизь, желез, а также иные биологически важные соединения. Особое значение имеют клетчатка, пектины, гемицеллюлоза, которые только частично перевариваются в кишечнике и являются незначительным источником энергии. Однако эти полисахариды, которые раньше назывались «балластными веществами», являются основной составной частью пищевых волокон и играют большую роль в питании.

Углеводы содержатся главным образом в растительных продуктах. Простые углеводы, а также крахмал и гликоген усваиваются хорошо, но с разной скоростью. Особенно быстро всасывается из кишечника глюкоза, медленнее — фруктоза, источниками которых являются фрукты, ягоды, некоторые овощи и мед. В меде содержится 35 % глюкозы, 30 % фруктозы и 2 % сахарозы. Глюкоза и фруктоза наиболее быстро усваиваются и используются в организме как источники энергии и для образования гликогена — резервного углевода в печени и мышцах.

Очень большое (65 и более)

Сахар, карамель леденцовая, конфеты помадные, мед, мармелад, зефир, печенье сдобное, крупы, макароны, варенье, финики, изюм

Хлеб ржаной и пшеничный, фасоль, горох, овсяная крупа, шоколад, халва, пирожные, чернослив, урюк

Умеренное (11 — 20)

Сырки творожные сладкие, мороженое, хлеб белково-отрубяной, картофель, зеленый горошек, свекла, виноград, вишня, инжир, хурма, черешня, гранат, соки фруктовые

Морковь, арбуз, дыня, груши, яблоки, персики, абрикосы, сливы, апельсины, мандарины, клубника, крыжовник, смородина, черника, лимонад

Очень малое (2 — 4,9)

Молоко, кефир, сметана, творог, огурцы, капуста, кабачки, редис, салат, лук зеленый, томаты, шпинат, тыква, лимоны, клюква, грибы свежие

*Из кн.: Химический состав пищевых продуктов. Кн 2 / Под ред. И.М. Скурихина и М.Н. Волгарева. — М., 1987.

Глюкоза — главный поставщик энергии для мозга. Фруктоза почти не требует для своего усвоения гормона инсулина, что позволяет рекомендовать ее источники при сахарном диабете. Основными поставщиками сахарозы служат сахар, кондитерские изделия, варенье, мороженое, сладкие напитки, а также некоторые овощи и фрукты (см. табл. 9). В кишечнике сахароза расщепляется на глюкозу и фруктозу.

Лактоза содержится в молочных продуктах. При врожденном или приобретенном (чаще всего от заболеваний кишечника) недостатке фермента лактазы в кишечнике нарушается распад лактозы на глюкозу и галактозу. Возникает непереносимость молочных продуктов с явлениями вздутия живота, поносами, болями. Лактоза нормализует деятельность полезной кишечной микрофлоры, уменьшает процессы гниения в кишечнике. В кисломолочных продуктах лактозы меньше, чем в молоке, так как при сквашивании молока из лактозы образуется молочная кислота. Если сладость сахарозы (т. е. обычного сахара) принять за 100, то сладость фруктозы составляет 173, глюкозы — 74, лактозы — только 16. Содержание лактозы в г на 100 г продуктов: молоко коровье — 4,8, кобылье — 5,8; сливки 10 и 20 % жирности — 4,0 и 3,7; сметана 20 % жирности — 3,2; кефир, простокваша, ацидофилин — 3,6—4,1; йогурт — 3,5; кумыс из кобыльего молока — 5; сыворотка молочная — 3,5—4; пахта — 4,7, сквашенная — 3,8; творог — 1,8—2,8; молоко сгущенное с сахаром— 12,5; мороженое — 5,8; масло сливочное — 0,9; смесь молочная сухая низколактозная — 0,4.

Мальтоза (солодовый сахар) — промежуточный продукт расщепления крахмала пищеварительными ферментами и ферментами проросшего зерна (солода). Образующаяся мальтоза распадается до глюкозы. В свободном виде мальтоза содержится в меде, экстракте из солода (патоке мальтозной), солодовом молоке, пиве.

Крахмал составляет около 80 % всех углеводов в питании человека. Содержание крахмала в г на 100 г съедобной части продуктов: мука пшеничная и ржаная — 60—68; крупа манная, рис — 67—71; крупа гречневая, перловая, пшено, ячневая — 65; крупа овсяная — 49; горох, фасоль — 43—47; макаронные изделия — 68; хлеб ржаной — 33—45; хлеб пшеничный— 35—50; печенье — 51—56; картофель — 15; зеленый горошек — 7; бананы — 2; капуста белокочанная, морковь, томаты — 0,1—0,3.

Крахмал медленно переваривается, расщепляясь до глюкозы. Легче и быстрей переваривается крахмал из риса и манной крупы, чем из пшена, гречневой, перловой и ячневой круп, из картофеля и хлеба — сравнительно с горохом и фасолью. Крахмал в натуральном виде, например в киселях, усваивается очень быстро. Затрудняет усвоение крахмала поджаривание круп. В пищевых продуктах, кроме печени, очень мало гликогена — углевода животных тканей. Потребление как источника углеводов богатых крахмалом продуктов, а также овощей и фруктов полезней, чем потребление такого рафинированного (очищенного) углевода, как сахар и содержащие его продукты. С первой группой продуктов поступают не только углеводы, но и витамины группы В, минеральные вещества, пищевые волокна, а сахар представляет собой чистую сахарозу без других пищевых веществ.

Углеводы могут образовываться в организме из жиров и белков. Однако длительный недостаток углеводов в питании ведет к нарушению обмена жиров и белков, расходу белков пищи и тканевых белков. В крови накапливаются вредные продукты неполного окисления жирных кислот и некоторых аминокислот — кетоновые тела (кетоз); кислотно-основное состояние организма сдвигается в кислую сторону (метаболический ацидоз). Серьезное последствие углеводной недостаточности — снижение уровня глюкозы в крови (гипогликемия), к которому особенно чувствительна центральная нервная система. Возникают слабость, сонливость, головокружение, головные боли, чувство голода, тошнота, потливость, дрожь в руках. Эти явления быстро проходят после приема сахара. Нередкая причина гипогликемии — неправильное питание больных сахарным диабетом, получающих инсулин. При длительном ограничении углеводов в диете, например при ожирении, количество их не должно быть ниже 100 г. Уменьшать содержание углеводов в диете желательно постепенно, чтобы организм приспособился к изменению обмена веществ. Сначала их количество уменьшают до 200—250 г в день, а через 7—10 дней больных переводят на меньшие количества.

Избыточное потребление углеводов — распространенная причина нарушения обмена веществ, способствующая развитию ряда заболеваний. При рациональном питании до 3 % углеводов пищи способно переходить в жиры. При избытке углеводов, особенно за счет легкоусвояемых, этот процент значительно выше. На фоне повышенной энергоценности рациона такое питание ведет к ожирению. Поэтому в диетотерапии ожирения важно ограничение легкоусвояемых углеводов.

Систематическое чрезмерное потребление легкоусвояемых углеводов при недостатке пищевых волокон (см. ниже) способствует проявлению сахарного диабета при наследственной или вызванной иными причинами предрасположенности к нему. Это обусловлено перегрузкой, а затем истощением клеток поджелудочной железы, вырабатывающей необходимый для усвоения глюкозы инсулин. Нарушения жирового обмена, характерные для атеросклероза, также возможны при избыточном потреблении легко усвояемые углеводов, особенно сахарозы. При потреблении углеводов за счет зерновых и бобовых продуктов, овощей, фруктов нарушения обмена холестерина возникают реже даже при достаточно высоком количестве углеводов в рационе.

Частые приемы больших количеств содержащих сахар продуктов повышают уровень глюкозы в крови (гипергликемия). Это отрицательно влияет на клетки кровеносных сосудов, способствует склеиванию тромбоцитов в крови, что создает опасность тромбозов, особенно при атеросклерозе и ишемической болезни сердца. В диетах при этих заболеваниях необходимо уменьшение количества сахара до 10—15 % от общего количества углеводов. Однако надо учитывать, что причины нарушения обмена холестерина и развития атеросклероза не сводятся только к избыточному потреблению сахара. Данные о повышении чувствительности организма к аллергенам различной природы при высокоуглеводном питании послужили основанием для ограничения легкоусвояемых углеводов в диетах при инфекционно-аллергических заболеваниях и аллергических состояниях.

Частое потребление сахара и содержащих его продуктов способствует возникновению кариеса зубов. Данные о неблагоприятном влиянии избытка легкоусвояемых углеводов на организм не означают, что сахар и богатые им продукты являются вредными. Эти продукты с высокими вкусовыми качествами нужны как источник энергии, а количество их в рационе определяется соответствующими потребностями здорового или больного человека. 10 г сахара содержится в 13—14 г карамельных и помадных конфет, пастилы, мармелада, варенья, 20 г шоколада и вафель, 25 г пряников и торта бисквитного, 60 г творожных детских сырков, 70 г мороженого. 200 г сладкого йогурта, 125 г лимонада, пепси-колы.

Читайте также  Проявление сил инерции на Земле

Пищевые волокна (растительные волокна, клеточные оболочки) — это комплекс углеводов — клетчатки (целлюлозы), гемицеллюлозы, пектинов и других некрахмальных полисахаридов, а также не являющегося углеводом лигнина. Пищевых волокон много в отрубях, непросеянной муке и хлебе из нее, крупах с оболочками, бобовых, орехах. Меньше пищевых волокон в большинстве овощей, фруктов и ягод и особенно в хлебе из муки тонкого помола, макаронах, очищенных от оболочек крупах (рис, манная крупа и др.). Очищенные фрукты содержат меньше пищевых волокон, чем неочищенные: в кожуре груш и яблок соответственно в 4 и 2,5 раза больше пищевых волокон, чем в мякоти.

Гемицеллюлоза преобладает в зерновых продуктах, мало ее в большинстве овощей и фруктов. В связи с малым содержанием лигнина в продуктах (в рационе около 1 г) его пищевые эффекты незначительны. Пектинами богаты фрукты, ягоды и некоторые овощи. Содержание пектинов в г в 100 г съедобной части продуктов: свекла, яблоки, смородина черная— 1,0—1,1; сливы — 0,9; абрикосы, персики, клубника, клюква, крыжовник — 0,7; капуста белокочанная, морковь, груши, апельсины, виноград, малина — 0,6; картофель, арбуз, лимоны — 0,5; баклажаны, лук репчатый, огурцы, дыня, вишня, черешня, мандарины — 0,4; томаты, тыква — 0,3.

Пектины в присутствии органических кислот и сахара образуют желе, что используется при производстве джемов, мармелада, пастилы. Выпускают сухой яблочный и свекловичный пектины в виде порошка без запаха, набухающего в воде с образованием студенистой массы. В порошке 16— 25 % чистого пектина. Используется для обогащения пектином плодовоовощных консервов, фруктовых соков и пюре, киселей, мармелада промышленного производства, а также для добавления (после набухания порошка в воде) в первые и третьи блюда — супы, борщи, кисели, желе, муссы в конце их приготовления. Пектины связывают в желудочно-кишечном тракте тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий и др.), включая радионуклиды — радиоактивные изотопы металлов, и образуют комплекс, который выводится из организма. Пектины впитывают в себя и другие вредные вещества в кишечнике, уменьшают в нем гнилостные процессы, способствуют заживлению его слизистой оболочки. Последние свойства пектинов используют при заболеваниях кишечника. Пектины в большей степени, чем другие части пищевых волокон, способствуют выведению холестерина из организма.

Промышленность выпускает метилцеллюлозу (МЦ) и микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ). МЦ — это водорастворимый, не имеющий вкуса, запаха и энергоценности порошок с эмульгирующими и пенообразующими свойствами. Блюда с включением МЦ (кремы из свежих ягод и фруктов, их соков или пюре, кисели, картофельное пюре и др.) обладают пониженной энергоценностью и хорошей насыщаемостью. Водный раствор МЦ частично заменяет сливочное масло и сметану в масляных и сметанных смесях, кремах, что снижает их энергоценность. Блюда с МЦ используют при ожирении, сахарном диабете, некоторых желудочно-кишечных заболеваниях. МКЦ — это «очищенная клетчатка», чистая форма природной целлюлозы в виде белого порошка без запаха и вкуса, нерастворимого в воде и маслах. Используется как добавка, инертный наполнитель при изготовлении продуктов (хлебобулочные и кондитерские изделия, майонез и др.) и блюд (суп-пюре, соусы, пудинги, кремы, оладьи и др.). МКЦ позволяют регулировать энергоценность продуктов и блюд, не снижая их органолептических и других качеств.

Очень большое (2,5 и более)

Отруби пшеничные, фасоль, овсяная крупа, орехи, финики, клубника, смородина, малина, инжир, черника, клюква, рябина, крыжовник, чернослив, урюк, изюм

Углеводы

Углеводы — группа природных органических соединений, химическая структура которых отвечает формуле Cm(H2O)n. Входят в состав всех без исключения живых организмов.

Классификация

Углеводы подразделяются на

    Моносахариды

Моносахариды (греч. monos — единственный + sacchar — сахар) — наиболее распространенная группа углеводов в природе, содержащие в молекулах пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода.

Из наиболее известных представителей к пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза, к гексозам — глюкоза и фруктоза.

Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий) — группа углеводов, в молекулах которых, содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в молекуле содержатся два моносахаридных остатка, ее называют дисахарид.

Наиболее известны следующие дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза. Они являются изомерами, их молекулярная формула одинакова — C12H22O11.

Полисахариды (греч. poly — много) — природные биополимеры, молекулы которых состоят из длинных цепей (десятки, сотни тысяч) моносахаридов.

Например, глюкоза — моносахарид, а крахмал, гликоген и целлюлоза — ее полимеры. Также к полимерам относится хитин, пектин. Формула крахмала, целлюлозы — (C6H10O5)n

Моносахариды

Получение глюкозы возможно несколькими способами:

    Реакция Бутлерова

В присутствии ионов металла, молекулы формальдегида соединяются, образуя различные углеводы, например, глюкозу.

В присутствии кислоты и при нагревании, крахмал (полимер) распадается на мономеры — молекулы глюкозы.

Эту реакцию изобрела природа, для нее существует необыкновенный катализатор — солнечный свет (hν).

По химическому строению глюкоза является пятиатомным альдегидоспиртом, а, значит, для нее характерны реакции и альдегидов, и многоатомных спиртов.

    Реакции по альдегидной группе

Окисление глюкозы идет до глюконовой кислоты. Это можно осуществить с помощью реакций серебряного зеркала, с гидроксидом меди II.

Обратите особое внимание на то, что при написании формулы аммиачного раствора в полном виде будет правильнее указать в продуктах не кислоту, а соль — глюконат аммония. Это связано с тем, что аммиак, обладающий основными свойствами, реагирует с глюконовой кислотой с образованием соли.

Восстановление глюкозы возможно до шестиатомного спирта сорбита (глюцита), применяемого в пищевой промышленности в качестве сахарозаменителя. На вкус сорбит менее приятен, менее сладок, чем сахар.

Глюкоза содержит пять гидроксогрупп, является многоатомным спиртом. Она вступает в качественную реакцию для многоатомных спиртов — со свежеприготовленным гидроксидом меди II.

В результате такой реакции образуется характерное голубое окрашивание раствора.

Возможны несколько вариантов брожения глюкозы: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое. Эти виды брожения имеют большое практическое значение и характерны для многих живых организмов, в частности бактерий.

Фруктоза является изомером глюкозы. В отличие от нее не вступает в реакции окисления — она является кетоспиртом, а кетоны окислению до кислот не подвергаются.

Для нее характерна качественная реакция как многоатомного спирта — со свежеприготовленным гидроксидом меди II. В реакцию серебряного зеркала фруктоза не вступает.

Применяется фруктоза как сахарозаменитель. Она в 3 раза слаще глюкозы и в 1,5 раза слаще сахарозы.

Дисахариды

Как уже было сказано ранее, наиболее известные дисахариды: сахароза, лактоза и мальтоза — имеют одну и ту же формулу — C12H22O11.

При их гидролизе получаются различные моносахариды.

Полисахариды

Из множества реакций, более всего мне хотелось бы выделить гидролиз крахмала. В результате образуется глюкоза.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Строение, свойства и функции углеводов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Углеводы, или сахара, — одна из главных групп органических веществ в живых организмах. Они являются первичными продуктами фотосинтеза и исходными продуктами биосинтеза других веществ (органических кислот, аминокислот) у растений. Содержатся углеводы и в клетках других организмов.

Читайте также  Реформы Петра I цели, содержание, последствия

В животных клетках содержится 1 – 2% углеводов от массы сухого вещества, а в растительных оно достигает 85 – 90%.

Строение углеводов

Углеводы состоят из углеводорода, кислорода и водорода, причём у большинства углеводов соотношение водорода и кислорода такое же, как и в молекуле воды (отсюда их название — углеводы).

Производные углеводов могут содержать и другие элементы.

В зависимости от строения углеводы делят на моносахариды и полисахариды (простые и сложные).

В зависимости от количества атомов углеводорода есть такие моносахариды: триозы (3С – три атома углерода в цепи), тетрозы (4С), пентозы, гексозы, гептозы.

Моносахариды, которые имеют пять и больше атомов углеводорода, при растворении в воде, иногда приобретают кольцевую структуру.

В естественных условиях наиболее часто встречаются пентозы (рибоза, дезоксирибоза, рибулёза) и гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).

Рибоза и дезоксирибоза являются составными частями АТФ и нуклеиновых кислот. Глюкоза является универсальным источником энергии.

Благодаря превращениям моносахаридов клетки не только обеспечиваются энергией, но и осуществляется биосинтез многих органических веществ, а также они способствуют обезвреживанию и выведению из организма ядовитых веществ, попадающих снаружи или тех, которые образовались в процессе метаболизма (обмена веществ), например, в процессе распада белков.

Готовые работы на аналогичную тему

Дисахариды и полисахариды образуются в результате соединения двух и более моносахаридов, таких, как глюкоза, ксилоза, галактоза, арабиноза или маноза.

При соединении двух молекул моносахаридов образуется молекула дисахарида и выделяется вода. Типичные представители этой группы: сахароза (тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар). мальтоза (солодовый сахар),

По своим свойствам дисахариды близки к моносахаридам.

Моно- и дисахариды хорошо растворимы в воде и сладкие на вкус. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается, исчезает сладкий вкус. К полисахаридам относятся крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин.

Полисахариды (гликоген, целлюлоза и крахмал) построены из глюкозных мономеров, но связи в их молекулах разные. Кроме того, отличается и характер ветвления полимерных цепей: у целлюлозы цепи не ветвятся, у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала.

Значение углеводов

Основное значение углеводов связано с их энергетической функцией.

В результате их ферментативного расщепления и окисления освобождается энергия, которую впоследствии использует клетка.

Полисахариды играют роль запасных продуктов и источников энергии (крахмал, гликоген), которые легко мобилизируются, а также используются как строительный материал (целлюлоза, хитин).

Полисахариды – удобные запасные вещества по ряду причин:

  • благодаря нерастворимости в воде они не действуют на клетку ни осмотически, ни химически, что достаточно важно, поскольку они могут долго храниться в живой клетке;
  • находясь в твёрдом обезвоженном состоянии полисахариды увеличивают полезную массу запасных веществ за счёт экономии их объёма.

При этом вероятность употребления этих продуктов различными микроорганизмами (и болезнетворными), грибами, которые, как известно, не способны заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела, существенно уменьшается. В конце концов в случае необходимости запасные полисахариды легко превращаются путём гидролиза на простые сахара.

Углеводы выполняют в клетке ряд функций. Полисахариды накопляются как запасные питательные вещества (гликоген – в клетках печени и мышцах, крахмал – в клубнях и корневищах растений);

Энергетическая функция связана с освобождением энергии при окислении молекул углеводов (при окислении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии);

Структурная функция связана с наличием в растительных клетках целлюлозной оболочки, которая выполняет роль внешнего скелета. Углеводы входят в состав гликокаликса животных клеток.

Целлюлоза и хитин

Целлюлоза является одним из важнейших структурных компонентов клеточных стенок некоторых протистов, грибов, растений и составляет в среднем 26 – 40% материала клеточной стенки, а волокно хлопчатника состоит из целлюлозы почти полностью. Целлюлоза является пищей для многих бактерий, животных и грибов. Однако у большинства животных, а также у человека в желудочно-кишечном тракте нет фермента целлюлазы, который расщепляет целлюлозу до глюкозы, и они не могут усваивать целлюлозу. Однако целлюлозные волокна всё же играют важную роль в питании, придавая пище объём и грубую консистенцию, которые стимулируют перистальтику кишечника. У жвачных животных в кишечнике целлюлозу перерабатывают бактерии и простейшие.

Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых протистов и грибов, выполняя опорную функцию, а у некоторых животных (особенно у членистоногих) является важным компонентом их внешнего скелета.

Углеводы Строение и функции

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных. В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим. Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой СmH2nOn или Cm(H2O)n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д.:

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu 2+ , Ag + ) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:

Читайте также  Тактика проведения отдельных видов задержания подозреваемого лица

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим с пищей, является крахмал. Он содержится в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

,

которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.

В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:

В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.

Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях:

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.

Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.

В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.

Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

Структурная, опорная и защитная функции

Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.

Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

,

а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.

Углеводы Строение и функции

Углеводы (сахара) — органические вещества, имеющие сходное строение и свойства, состав большинства которых отражает формула Cx(H2O)y,

Общеизвестные представители: глюкоза (виноградный сахар) С6Н12О6, сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) С12Н22О11, мальтоза (солодовый сахар) С12Н22О11, лактоза (молочный сахар) С12H22O11, крахмал и целлюлоза (С6Н10О5 ) n.

Учебный фильм «Углеводы»

Известны также соединения, относящиеся к углеводам, состав которых не соответствует общей формуле, например, сахар рамноза С6Н12О5

В то же время есть вещества, соответствующее общей формуле углеводов, но не проявляющие их свойства (например, природный шестиатомный спирт инозит С6Н12О6).

Углеводы объединяют разнообразные соединения – от низкомолекулярных, состоящих из некоторых атомов (х=3), до полимеров [СxН2Оy]n с молекулярной массой в несколько миллионов (n=10000).

Биологическая роль углеводов

Углеводы содержатся в клетках растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. Эти соединения образуются растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды и при участии хлорофилла.

Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их с растительной пищей. Углеводы составляют значительную долю пищи млекопитающих.

Фотосинтез можно рассматривать как процесс восстановления СО2 с использованием солнечной энергии:

В процессе дыхания происходит окисление углеводов, в результате чего выделяется энергия, необходимая для функционирования живых организмов:

Видеофильм «Механизм фотосинтеза»

Содержание углеводов в растениях составляет до 80% массы сухого вещества, в организмах человека и животных – до 20%. Они играют важную роль в физиологических процессах. Пища человека состоит примерно на 70% из углеводов.

Функции углеводов в живых организмах разнообразны.

Они служат источником запасной энергии (в растениях – крахмал, в животных организмах – гликоген). В растительных организмах углеводы являются основой клеточных мембран. В качестве одного из структурных компонентов остатки углеводов входят в состав нуклеиновых кислот.

Классификация углеводов

Все углеводы по числу входящих в их молекулы структурных единиц (остатков простейших углеводов) и способности к гидролизу можно разделить на две группы: простые углеводы, или моносахариды, и сложные углеводы (олигосахариды и полисахариды).

Простые углеводы (моносахариды) – это простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов.

Сложные углеводы (олигосахариды и полисахариды) – это углеводы, молекулы которых состоят из двух или большего числа остатков моносахаридов и разлагаются на эти моносахариды при гидролизе.

Моносахариды по числу атомов углерода подразделяют на тетрозы (С4Н8О4), пентозы (С5Н10О5), и гексозы (С6Н12О6). Важнейшие пентозы — ри­бо­за и дез­ок­си­ри­бо­за, гексозы – глюкоза и фруктоза.

Олигосахариды (продукты конденсации двух или нескольких молекул моносахаридов). Среди олигосахаридов наибольшее значение имеют дисахариды (диозы) – продукты конденсации двух молекул моносахаридов (например, сахароза — С12Н22О11, при гид­ро­ли­зе пре­вра­ща­ет­ся в смесь глю­ко­зы и фрук­то­зы).

Полисахариды (крахмал, целлюлоза) образованы большим числом молекул моносахаридов.

Олиго- и полисахариды расщепляются при гидролизе до моносахаридов. В молекулах олигосахаридов содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков, в полисахаридах — от 10 до 3000—5000.

Раффиноза – содержится в сахарной свекле.

Гликоген – животный крахмал.

Номенклатура углеводов

Для большинства углеводов приняты тривиальные названия с суффиксом –оза (глюкоза, рибоза, сахароза, целлюлоза и т.п.).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: