Что значит сигнальная функция углеводов

Функции углеводов

1. Структурная (строительная). Углеводы входят в состав многих элементов живых организмов, например, клеточная стенка растительной клетки, гликокаликс эпителия кишечника человека.

2. Сигнальная. Углеводно-белковые комплексы (гликопротеиды) образуют рецепторы (см. сигнальная функция белков).

3. Защитная. Гликопротеиды соединительной ткани выполняют функцию химической защиты, противостоят гидролитическим ферментам.

4. Энергетическая. При полном окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал или 17,2 кДж энергии.

Эта функция последняя по перечислению, но главная по значению. Углеводы дают человеку более 60% энергии.

Энергетика клетки.

В химических реакциях при образовании связей между простыми молекулами энергия потребляется, а при разрыве выделяется.

В процессе фотосинтеза у зеленых растений энергия солнечного света переходит в энергию химических связей, возникающих между молекулами углекислого газа и воды. Образуется молекула глюкозы: CO₂ + H₂O + Q (энергия) = C₆H₁₂O₆.

Глюкоза является главным источником энергии для человека и большинства животных.

Процесс усвоения этой энергии называют » окислительное фосфорилирование». Энергия (Q), выделяющаяся при окислении, сразу используется на фосфорилирование аденозиндифосфорной кислоты (АДФ):

Получается «универсальная энергетическая валюта» клетки аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Она может в любой момент быть использована на любую полезную организму работу или на согревание.

Процесс окисления глюкозы проходит в 2 этапа.

1. Анаэробное (бескислородное) окисление, или гликолиз, происходит на гладкой эндоплазматической сети клетки. В результате этого глюкоза оказывается разорванной на 2 части, а выделившейся энергии достаточно для синтеза двух молекул АТФ.

2. Аэробное (кислородное) окисление. Две части от глюкозы (2 молекулы пировиноградной кислоты) при наличии кислорода продолжают ряд окислительных реакций. Этот этап протекает на митохондриях и приводит к дальнейшему разрыву молекул и выделению энергии.

Результатом второго этапа окисления одной молекулы глюкозы является образование 6 молекул углекислого газа, 6 молекул воды и энергии, которой достаточно для синтеза 36 молекул АТФ.

В качестве субстратов для окисления на втором этапе могут использоваться не только молекулы, полученные из глюкозы, но и молекулы, полученные в результате окисления липидов, белков, спиртов и других энергоемких соединений.

А-КоА является точкой пересечения углеводного, белкового и липидного обменов.

При избытке глюкозы и других энергонесущих субстратов организм начинает их депонировать. В этом случае, глюкоза окисляется по обычному пути до молочной и пировиноградной кислоты, затем до А-КоА. Далее, А-КоА становится базой для синтеза молекулы жирных кислот и жиров, которые депонируются в подкожной жировой клетчатке. Наоборот, при недостатке глюкозы, ее синтезируют из белков и жиров через А-КоА (глюконеогенез).

При необходимости могут пополняться и запасы заменимых аминокислот для строительства некоторых белков.

Источник

Какие функции выполняют углеводы в живых организмах

Роль углеводов в строении клеток организма трудно переоценить, но почему-то большинству людей кажется, что они лишь способствуют набору лишнего веса. На самом деле благодаря углеводам человек приобретает энергетический запас, который он затем использует при решении своих жизненных задач. Но и это далеко не всё значение, которое имеют эти полезные вещества.

Основная информация о значении углеводов

Углеводы питают клетки, наполняя их необходимым клеточным веществом, активизируют защитную функцию организма в борьбе против негативного воздействия внешней среды и помогают организму человека восстанавливаться после тяжёлых заболеваний. Основная функция углеводов в организме человека обусловлена процессами биохимии (это наука о химических элементах, характерных для жизнедеятельности живых организмов и обеспечивающих их нормальное функционирование). Как же они работают? После попадания в организм через пищу углеводы всасываются в кровь, окисляются и образуют энергию.

Другая часть этих химических элементов, не преобразовавшихся в активные, отправляется на реализацию другой функции, препятствующей накоплению кетонов в процессе окисления жиров.

Благодаря углеводам человек приобретает энергетический запас

Кетоны — это вещества, из которых клетки также берут энергию. Накопление кетонов негативно влияет на функционирование всего организма, так как по сути кетоны — это глюкоза, а её избыток в организме может привести к таким серьёзным заболеваниям, как сахарный диабет, заболевания кожи, желудочно-кишечного тракта и пр.

Функция простых углеводов — строительство клеток. Строительная функция восстанавливает травмированные части клеток, придаёт им силы и является катализатором дальнейшего развития. Ещё одна задача, которую выполняют эти элементы — регуляторная. Простые углеводы регулируют обмен веществ, стимулируют похудение и ускоряют переработку полученных питательных веществ организмом. Расщепление жиров и белков, попадающих в организм — это ферментативная задача инулинов. Именно она помогает распаду белков и жиров на более простые формы, которые легче усваиваются организмом и быстрее всасываются в кровь.

Принцип работы этих веществ следующий: содержащиеся в каких-либо продуктах углеводы попадают в организм. Всасываясь в кровь, они превращаются в глюкозу, которая и является главным производителем энергии. В результате человек чувствует прилив сил и бодрости. Кстати, они являются микронутриентами также, как и жиры, и белки. При переработке в организме они образуют другой вид ткани — гликоген. Когда весь важный гликоген рассасывается по организму, избыточный откладывается между мышцами, в печени, жировой ткани и других внутренних органах, включаясь в работу во время тяжёлых физических нагрузок, сна или приема пищи. Такой запас необходим, иначе все сигнальные системы организма отключатся, он перестанет реагировать на раздражители внешней среды. Затем нужно будет обеспечить поступление новых видов веществ, из которых можно будет набрать силу.

Кроме силы и активности, влиянию углеводов особенно подвержен мозг. Пожалуй, они являются основными элементами для нормального функционирования мозга. В этом случае особенное значение имеет количество потребляемых углеводов — чем их больше, тем более долгосрочный эффект они будут иметь, в противном случае, реакции мозга будут замедленными, сигналы краткими и нечеткими.

Таким образом становится понятно, что практически все органы в организме человека так или иначе зависят от количества поступающих в организм углеводов. Роль углеводов в клетке любого живого организма очень велика. Поэтому и важно, чтобы рацион был сбалансированным и качественным.

Питание должно быть сбалансированным

Важно. В организм должно поступать достаточно белков, жиров, углеводов и других химических элементов, чтобы он сам мог хорошо функционировать и развиваться.

Источник

Биология. 11 класс

§ 5. Углеводы

Углеводы — органические соединения, состав которых, как правило, можно выразить формулой C_n(H₂O)_m, где n и m равны трем и более. Таким образом, соотношение атомов водорода и кислорода в молекулах большинства углеводов такое же, как и в воде (2 : 1), что и отражено в названии этих веществ. Однако известны углеводы, состав которых не соответствует приведенной формуле.

*Термин «углеводы» ввел российский химик К. Г. Шмидт в середине XIX в., когда считалось, что все эти вещества имеют общую формулу C_n(H₂O)_m. Например, состав глюкозы (С₆Н₁₂О₆) можно записать в виде С₆(Н₂О)₆, сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) — в виде С₁₂(Н₂О)₁₁ и т. д. Впоследствии выяснилось, что в молекулах некоторых соединений, принадлежащих по своим свойствам к углеводам, пропорция атомов водорода и кислорода не такая, как в молекуле воды. Более того, существуют углеводы, в состав которых входят атомы азота, фосфора или серы. В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры выдвинула предложение заменить название «углеводы» на «глициды». Однако к тому времени термин «углеводы» уже стал общеупотребимым и новое название не прижилось.*

Основные группы углеводов. Самыми простыми по структуре углеводами являются моносахариды. Все они представляют собой низкомолекулярные соединения, которые хорошо растворяются в воде и обладают сладким вкусом. Количество атомов углерода в молекулах моносахаридов варьирует от 3 до 9. Наиболее распространены в природе пятиуглеродные моносахариды (С 5) — пентозы и шестиуглеродные (С 6) — гексозы. *Из курса химии вы знаете, что в растворе молекулы моносахаридов обычно существуют не в линейной форме, а в циклической. При замыкании в цикл образуются как α-, так и β-формы моносахаридов (вспомните, чем они отличаются).*

Из пентоз самое важное биологическое значение имеют дезоксирибоза и рибоза (рис. 5.1). Дезоксирибоза входит в состав нуклеотидов ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Рибоза является компонентом нуклеотидов РНК (рибонуклеиновой кислоты) и АТФ. *Кроме того, она входит в состав витамина B₂ и ряда коферментов (например, НАД, НАДФ, ФАД, кофермента А), играющих ключевую роль в процессах клеточного дыхания, брожения, фотосинтеза и др.*

*К пятиуглеродным сахарам относится также рибулоза. Производные этого моносахарида участвуют в важных биохимических процессах. Так, рибулозо-5-фосфат является одним из промежуточных продуктов биологического окисления глюкозы. Рибулозо-1,5-дифосфат (РДФ) служит акцептором углекислого газа в процессе фотосинтеза, что лежит в основе фиксации углерода, необходимого для синтеза органических соединений автотрофными организмами.*

Для живых организмов наиболее важными гексозами являются глюкоза, галактоза и фруктоза (см. рис. 5.1). Они имеют общую формулу С₆Н₁₂О₆, но различаются структурой молекул, т. е. являются изомерами.

Глюкоза — основной продукт фотосинтеза и главный источник энергии для клеток. В живых организмах она содержится как в виде собственно моносахарида, так и в составе углеводов более сложного строения — олигосахаридов и полисахаридов. Много глюкозы присутствует в ягодах, фруктах, мёде. В крови человека ее содержание в норме составляет около 0,1 %, этот уровень поддерживается гормонами (вспомните, какими).

* Олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 остатков моносахаридов (одинаковых или разных). Связи между остатками моносахаридов называются гликозидными. Соединение двух моносахаридов чаще всего происходит при участии их гидроксильных групп. При этом выделяется молекула воды, и между остатками моносахаридов формируется кислородный мостик. В некоторых случаях образование гликозидной связи происходит с участием других функциональных групп. При этом молекулы могут соединяться, например, через атомы азота или серы.

Мальтоза (солодовый сахар) является промежуточным продуктом ферментативного расщепления крахмала и гликогена в пищеварительной системе животных. Далее фермент мальтаза расщепляет ее до глюкозы. Гидролиз крахмала происходит и при прорастании семян растений. Особенно богаты мальтозой прорастающие зерна злаков (солод). Лактоза (молочный сахар) — важный компонент молока. Она является главным источником энергии для детенышей млекопитающих. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях. Она служит транспортной формой продуктов фотосинтеза и может накапливаться как запасное питательное вещество. Этот дисахарид в больших количествах содержится в побегах сахарного тростника и корнеплодах сахарной свеклы.

Полисахариды — *регулярные* биополимеры, молекулы которых состоят из большого количества (до десятков и даже сотен тысяч) моносахаридных остатков. В состав полисахарида могут входить остатки одного или разных моносахаридов. Полисахариды различаются не только составом, но и длиной полимерных цепей. Кроме того, их молекулы могут иметь линейную или разветвленную структуру.

С увеличением числа мономерных звеньев уменьшается растворимость углеводов и исчезает их сладкий вкус. Поэтому полисахариды не обладают сладким вкусом и практически нерастворимы в воде. В живой природе наиболее важную роль играют такие полисахариды как крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал представляет собой смесь полисахаридов. Примерно на 80 % (по массе) он состоит из разветвленного амилопектина и на 20 % из амилозы, имеющей линейную структуру (рис 5.3). Оба этих полисахарида образованы остатками α-глюкозы. Крахмал откладывается в клетках растений и некоторых водорослей в качестве запасного (резервного) питательного вещества. Большое количество крахмала запасается в клубнях, плодах и семенах. Зерна злаков (риса, пшеницы, кукурузы и др.) могут содержать до 80 % крахмала, в клубнях картофеля его массовая доля достигает 25 %.

Резервным полисахаридом животных и грибов является гликоген. У животных он откладывается преимущественно в клетках печени и мышцах. Гликоген, так же как амилоза и амилопектин, состоит из остатков α-глюкозы. Однако молекулы гликогена разветвлены сильнее, чем молекулы амилопектина (см. рис. 5.3).

Целлюлоза (клетчатка) — основной структурный компонент клеточных стенок растений и ряда водорослей. Она обладает высокой прочностью, не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях. Много клетчатки содержится в древесине, а в волокнах хлопчатника ее массовая доля достигает 95 %. Целлюлоза представляет собой линейный полимер (см. рис. 5.3). *В отличие от крахмала и гликогена ее цепи построены из остатков β-глюкозы.*

В толстом кишечнике человека также присутствуют симбиотические микроорганизмы, способные расщеплять клетчатку. Однако для человека целлюлоза не является основным поставщиком глюкозы, ее роль в другом. Волокна клетчатки имеют важное значение в нашем рационе, поскольку они придают пище объем и сравнительно грубую консистенцию, что стимулирует перистальтику органов желудочно-кишечного тракта.*

Таким образом, амилопектин, амилоза, гликоген и целлюлоза являются полимерами глюкозы. Общую формулу этих полисахаридов можно записать в виде (С₆Н₁₀О₅)_n, где n — количество мономерных звеньев.

*Полисахарид хитин не соответствует этой формуле, т. к. его мономером является не глюкоза, а ее производное — N-ацетилглюкозамин (рис. 5.4). Следовательно, в состав хитина, кроме углерода, водорода и кислорода, входит также азот.* Это прочный полисахарид линейной структуры. Хитин является важным компонентом кутикулы членистоногих и клеточных стенок многих грибов.

*Важную роль в жизни растений играет полисахарид каллоза, которая откладывается на поперечных перегородках между ситовидными трубками. К концу вегетационного периода ее количество увеличивается, в результате чего ситовидные трубки закупориваются и перестают функционировать. Также каллоза синтезируется в различных органах растений в ответ на механическое повреждение или проникновение патогенных микроорганизмов.

Полисахарид инулин примечателен тем, что является полимером фруктозы. Он откладывается про запас в корнях и клубнях некоторых растений (например, георгина, цикория, топинамбура, одуванчика, нарцисса), где его содержание может достигать 12 %.*

*Молекулы полисахаридов могут приобретать определенную пространственную конфигурацию. Так, цепочки амилозы закручиваются в спирали, каждый виток которых содержит по шесть остатков глюкозы. Молекулы амилопектина также приобретают спиральную форму, но не на всем своем протяжении, а лишь на неразветвленных участках. В точках ветвления образованию спирали препятствуют боковые цепи. По этой причине спиральная конфигурация не характерна для такого сильно разветвленного полисахарида, как гликоген.

Спирали амилозы и амилопектина имеют внутреннюю полость, в которую могут проникать молекулы воды и других веществ. Молекулы йода по своим размерам очень точно соответствуют этим полостям. Проникая в них, йод образует с амилозой и амилопектином соединения сложного строения, имеющие характерную окраску (синюю — с амилозой, фиолетовую — с амилопектином). На этом основана качественная реакция на крахмал.

В молекулах, образованных остатками α-моносахаридов, наблюдается свободное вращение вокруг гликозидных связей. В цепочках целлюлозы, образованных β-глюкозой, вращение вокруг гликозидных связей ограничено. Это создает благоприятные условия для формирования множества водородных связей между молекулами целлюлозы. В результате они располагаются параллельно друг другу и объединяются в прочные фибриллы — волокна, составляющие каркас клеточной стенки растений.

Сходная конфигурация характерна и для хитина. Его параллельные цепи также соединяются межмолекулярными водородными связями, что приводит к формированию фибрилл.*

Углеводы способны образовывать соединения с другими органическими веществами, например с белками — гликопротеины, с липидами — гликолипиды и т. д.

*Основу клеточной стенки большинства бактерий составляет пептидогликан муреин. Линейные цепи муреина состоят из чередующихся остатков двух производных глюкозы — N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных гликозидными связями. При этом параллельно расположенные полисахаридные цепи сшиваются друг с другом короткими пептидными мостиками между остатками N-ацетилмурамовой кислоты (рис. 5.5). Благодаря поперечным сшивкам молекула муреина представляет собой трехмерную сеть, своего рода мешок, окружающий бактериальную клетку.*

*Действие ряда антибактериальных средств основано на разрушении структуры муреина или подавлении его синтеза. Например, лизоцим расщепляет гликозидные связи между остатками N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, что в итоге вызывает гибель бактерий.*

Источник

Углеводы

теория по биологии 🌿 цитология

Углеводы – органические вещества клетки, иначе называемые «сахаридами». В животных клетках содержание сахаридов может быть от 1% до 5%, а в некоторых растительных

Классификация углеводов

Моносахариды

Название «моносахариды» происходит от др.-греч. μόνος ‘единственный’, лат. saccharum ‘сахар’. Именно из моносахаридов составляются более сложные соединения углеводов. Моносахариды имеют следующие физические свойства: бесцветные кристаллы, легко растворимы в воде, имеют сладковатый вкус.

К моносахаридам относятся жизненно важные для всех живых организмов соединения: рибоза, дезоксирибоза, галактоза,

Рибоза входит в состав

Дезоксирибоза входит в состав

Галактоза – мономер лактозы, он же молочный сахар.

Фруктоза встречается даже в свободном виде в растениях, конечно же, не только в фруктах, как можно подумать из их названия. Фруктоза входит в состав сахарозы.

Олигосахариды и дисахариды

Физические свойства: большинство имеют сладковатый вкус и хорошо растворяются в воде.

Наиболее известными и распространенными из олигосахаридов являются гетеросахариды лактоза и сахароза – тростниковый сахар, а солодовый сахар – мальтоза относится к подгруппе дисахаридов.

Полисахариды

Схема строения углеводов

Функции углеводов

Как уже было сказано выше, в крахмальных зернах запасается энергия в растительных клетках, а в виде гликогена – в животных организмах. Кроме того, самый главный источник энергии – АТФ включает в себя моносахарид рибозу.

2. Строительная функция

3. Защитная функция

Жесткие хитиновые покровы и оболочку из целлюлозы можно считать защитными механизмами организмов. Кроме того, некоторые растения выделяют при повреждении ствола смолы, которые препятствуют попаданию болезнетворных микроорганизмов в рану, предотвращая тем самым заражения. Такие смолы называются «камедь».

Задание EB10501 Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами:

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Целлюлоза и глюкоза относятся к углеводам. При слове глюкоза вспоминается сладкое, а целлюлоза — бумага. Глюкоза — простой углевод, из нее строятся более сложные, например, крахмал и так же целлюлоза.

Пройдемся по ответам:

Глюкоза — мономер, а целлюлоза — полимер. Это нужно учить.

Растворимость в воде. Сахар прекрасно растворяется в воде. Глюкоза растворима.

Растворима ли целлюлоза? Если бы это было так, до деревья и другие растения буквально бы таяли от дождя. Целлюлоза не растворяется в воде.

Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а глюкоза- клеточного сока. Если подумать о деревьях, то те, кто пили березовый сок непосредственно от березы должны узнать: это из-за глюкозы он такой сладенький.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB11693 Установите соответствие между классами органических веществ и выполняемыми ими функциями в клетке.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Для начала вспомним какие вообще есть классы органических веществ в клетке.

Это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Белки, жиры и углеводы являются источниками энергии, но у них есть и более локальные функции:

Выберем вначале то,что относится к нуклеиновым кислотам: биосинтез белка и хранение генетической информации.

PS: сигнальная и рецепторная функция — одно и то же.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Пройдемся по всем функциям. Информационная — ДНК и РНК. Есть даже информационная РНК.

Каталитическая функция присуща белкам. Все ферменты — белки, но не все белки- ферменты.

Строительная- соответствует углеводам и липидам. Вспомните про билепидный слой мембраны.

Энергетическая — однозначно да. Углеводы и липиды — источник энергии.

Запасающая — близко к энергетической, снова да.

Двигательная — функция белков.

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Источник