Понятие и классификация углеводов

План

Введение

Актуальность

1. Понятие и классификация углеводов
2. Функции углеводов
3. Краткая характеристика эколого-биологической роли углеводов
4. Гликолипиды и гликопротеины как структурно- 
   функциональные компоненты клетки углеводов
5. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов

 

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

      Углеводы  — обширный наиболее распространенный  на Земле класс органических  соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они  
служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Углеводы выполняют не только питательную функцию в живых организмах, они также выполняют опорную и структурную функции. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы или их производные. Они входят в  
состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ.

Актуальность

 

   В настоящее время данная тема актуальна, потому что углеводы необходимы организму, так как входят в состав его тканей и выполняют важные функции: - являются главным поставщиком энергии для всех процессов в организме (они могут расщепляться и давать энергию даже в отсутствии кислорода); - необходимы для рационального использования белков (белки при дефиците Углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций); - тесно связаны с обменом жиров (если вы употребляете слишком много Углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается); - особенно необходимы мозгу для нормальной жизнедеятельности (если мышечные ткани могут накапливать энергию в виде жировых отложений, то мозг не может так делать, он всецело зависит от регулярного поступления в организм углеводов); - являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот и т.д.

Понятие и классификация углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой Cn(H2O)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 (C3), тетрозы (C4), пентозы (C5), гексозы (C6), гептозы (C7).

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 NHCOCH3. 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

Функции углеводов многообразны, а именно:

1. Они являются здоровым источником энергии, отсутствие которого в организме может привести к слабости, недоеданию, нехватке витаминов и минералов, а избыток - к ожирению. Важно соблюдать сбалансированное употребление в правильном сочетании с белками и жирами, чтобы наше тело оставалось молодым и бодрым. В процессе переваривания углеводов глюкоза высвобождается в кровь и хранится в печени в виде гликогена. Когда начинается нехватка гликогена, мобилизуются жиры и аминокислоты (расщепленные белки) для получения энергии. Именно поэтому большинство диет предлагает отказ от многих типов еды, как способ активировать использование собственных запасов. Тем не менее, любой фитнес-эксперт скажет вам, что лучшая идея сжечь калории и развить мышцы, это употребление некоторых углеводных форм (например, полбанана перед тренировкой). Без энергии продуктивной тренировки не получится.

2. Необходимы для компенсации потребностей центральной нервной системы. Нормальное функционирование которой в значительной степени зависит от поступаемой глюкозы. Адекватное потребление углеводов гарантирует ее правильную работоспособность. Вы можете заметить, что когда начинаете голодать (в случае низкоуглеводной диеты), то склонны чувствовать себя слабым, забывчивым, не в состоянии сосредоточиться. Появляется общая слабость, быстрая утомляемость. Это прямые последствия нехватки глюкозы в организме. Такое состояние преследует людей, страдающих от низкого уровня сахара в крови.

3. Обеспечивают энергией мышцы. Хотя для развития, функционирования и роста мышечных волокон необходим белок, основа этих изменений закладывается за счет углеводов. Только при их наличии, белки могут быть использованы для их главного - строительного предназначения. Расщепление последнего для покрытия нужд жизнедеятельности при дефиците привычных продуктов, приводит к потере мышечной массы и общему расстройству. Поэтому, когда сокращаются углеводные поступления, дело доходит до других составляющих тканей. Для поддержания запаса гликогена и развития нужно регулярно заниматься спортом. Если не получать достаточной физической активности, наступает деградация.

4. Нормализуют работу желудочно-кишечного тракта. Пищевые волокна (клетчатка) присутствуют во всех углеводах, в большей степени в сложных. Хотя целлюлоза не может быть переварена организмом самостоятельно, она обеспечивает объем, который помогает в стимуляции перистальтики. В свою очередь это облегчает вывод токсинов и ликвидацию отходов из кишечника. Происходит детоксикация, в результате человек чувствует себя обновленным и свежим. Дополнительно лактоза способствует росту особых полезных бактерий в тонком кишечнике, что вызывает синтез некоторых групп витаминов, улучшается поглощение кальция.

5. Окисление (предотвращение кетоза) - еще одна важная функция. Кетоз - очень серьезное состояние, возникающее, когда рацион человека беден углеводами. Болезнь приводит к повышенному уровню химических веществ (кетонов) в кровотоке. Нарушается механизм окисления жиров. Щавелевоуксусная кислота (продукт распада углеводов) необходима для окисления ацетата, который является продуктом распада жиров. При ее отсутствии ацетат превращается в кетоновые тела, накапливающиеся в организме, и человек страдает от "токсического состояния". Кетоз возникает при диабете и голодании, когда клетки должны использовать собственные запасы в качестве источника сил. Выражение «жир сгорает в огне углеводов» подчеркивает их значимость.

6. Неотъемлемый кирпичик, участвующий в обмене веществ и имеющий непосредственное влияние на все аспекты этого сложного процесса. Углеводы задействованы при синтезе гормонов, секрета желез, регулируют осмотическое давление.

Первостепенная роль этих помощников - обеспечить надлежащий энергетический уровень в нашем организме. Большинство диетологов для сохранения здоровья рекомендуют рацион, содержащий от 45 до 70 процентов углеводов. Они должны быть получены из свежих фруктов, овощей, молока, молочных продуктов и зерновых.

 

 

 Краткая характеристика эколого-биологической роли углеводов

Обобщая рассмотренный выше материал, относящийся к характеристике углеводов, можно сделать следующие выводы об их эколого-биологической роли.

1. Они выполняют  строительную функцию как в клетках, так и в организме в целом за счет того, что входят в состав структур, образующих клетки и ткани (особенно это характерно для растений и грибов), например, клеточные оболочки, различные мембраны и т. д., кроме того, углеводы участвуют в образовании биологически необходимых веществ, образующих ряд структур, например в образовании нуклеиновых кислот, составляющих основу хромосом; углеводы входят в состав сложных белков — гликопротеидов, имеющих определенное значение в формировании клеточных структур и межклеточного вещества.

2. Важнейшей  функцией углеводов является  трофическая функция, состоящая  в том, что многие из них  являются продуктами питания  гетеротрофных организмов (глюкоза, фруктоза, крахмал, сахароза, мальтоза, лактоза и др.). Эти вещества  в комплексе с другими соединениями  образуют пищевые продукты, используемые  человеком (различные крупы; плоды  и семена отдельных растений, включающие в свой состав углеводы, являются кормом для птиц, а  моносахара, вступая в цикл различных превращений, способствуют образованию как собственных углеводов, характерных для данного организма, так и других органо-биохимических соединений (жиров, аминокислот (но не их белков), нуклеиновых кислот и т. д.).

3. Для углеводов  характерна и энергетическая  функция, состоящая в том, что  моносахара (в частности глюкоза) в организмах легко окисляются (конечным продуктом окисления является СO2 и Н2O), при этом происходит выделение большого количества энергии, сопровождающееся синтезом АТФ.

4. Им присуща и защитная функция, состоящая в том, что из углеводов возникают структуры (и определенные органоиды в клетке), защищающие или клетку, или организм в целом от различных повреждений, в том числе и механических (например, хитиновые покровы насекомых, образующие внешний скелет, оболочки клеток растений и многих грибов, включающих целлюлозу и т. д.).