В чем заключается рецепторная функция углеводов

В каких продуктах содержатся углеводы?

Питание человека нельзя представить без углеводов. В список продуктов, содержащих углеводы, входят и фрукты, и овощи, и молоко, и сладости, и крупы, и макаронные изделия, и сахар. Но какие именно углеводы полезны для организма, а какие наносят вред? Объясняет член Национального общества диетологов Ольга Деккер.

Что такое углеводы? Какие функции выполняют?

Углеводы являются главным источником энергии в организме, органическим соединением для роста клеток и питанием для мозга. Углеводы преобразуются в глюкозу, в снабжении которой человеческий организм нуждается постоянно.

— являются источником энергии в организме;
— входят в состав клеток и тканей;
— определяют группу крови;
— входят в состав многих гормонов;
— оказывают тонизирующее действие на центральную нервную систему;
— выполняют защитную функцию в составе антител;
— играют роль запасного вещества в организме и другие.

— моносахариды (фруктоза или глюкоза — мгновенно усваиваются в организме);
— дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза — также быстро усваиваются);
— полисахариды (целлюлоза, клетчатка, крахмал — расщепляются в организме медленно).

В связи с этим углеводы делят на:

— простые (быстрые) — это те, которые моментально оказываются в крови и повышают уровень сахара.
— сложные (медленные) — те, которые усваиваются медленно, за счет чего организм получает необходимую энергию и успевает ее расходовать, не откладывая жир.

Именно сложные углеводы являются самыми полезными. К ним относятся клетчатка, пищевые волокна, гликоген, крахмал в чистом виде.

Таблица простых углеводов

Продукт

Количество углеводов на 100 г продукта

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

Лекция № 2. Строение и функции углеводов и липидов

Строение, примеры и функции углеводов

Углеводы — органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C_n(H₂O)_m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.

Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С₅Н₁₀О₄) отличается от рибозы (С₅Н₁₀О₅) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Глюкоза, или виноградный сахар (С₆Н₁₂О₆), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью.

Глюкоза — это:

Купить проверочные работы
по биологии

Фруктоза, или фруктовый сахар, относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.

Олигосахариды — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов — растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной.

Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар, — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название — сахар). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10–18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).

Мальтоза, или солодовый сахар, — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.

Лактоза, или молочный сахар, — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2–8,5%).

Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов — не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал — основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса — до 86%, пшеницы — до 75%, кукурузы — до 72%, в клубнях картофеля — до 25%. Крахмал — основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент — амилаза).

Гликоген (С₆Н₁₀О₅)_n — полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген — основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание — до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_n — полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.

Инулин — полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.

Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.

Гликопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.

Функции углеводов

Строение и функции липидов

Липиды не имеют единой химической характеристики. В большинстве пособий, давая определение липидам, говорят, что это сборная группа нерастворимых в воде органических соединений, которые можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом. Липиды можно условно разделить на простые и сложные.

Простые липиды в большинстве представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина — триглицеридами. Жирные кислоты имеют: 1) одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (–СООН) и 2) радикал, которым они отличаются друг от друга. Радикал представляет собой цепочку из различного количества (от 14 до 22) группировок –СН₂–. Иногда радикал жирной кислоты содержит одну или несколько двойных связей (–СН=СН–), такую жирную кислоту называют ненасыщенной. Если жирная кислота не имеет двойных связей, ее называют насыщенной. При образовании триглицерида каждая из трех гидроксильных групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой с образованием трех сложноэфирных связей.

Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то при 20°С они — твердые; их называют жирами, они характерны для животных клеток. Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты, то при 20 °С они — жидкие; их называют маслами, они характерны для растительных клеток.

1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;
4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.

Плотность триглицеридов ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают, находятся на ее поверхности.

К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно с четным числом атомов углерода).

Сложные липиды. К ним относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины и др.

Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. Принимают участие в формировании клеточных мембран.

Гликолипиды — см. выше.

Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.

Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны, минералокортикоиды, глюкокортикоиды), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин, камфора и т.д.

Функции липидов

Масла семян растений необходимы для обеспечения энергией проростка.ЗащитнаяПрослойки жира и жировые капсулы обеспечивают амортизацию внутренних органов.

Слои воска используются в качестве водоотталкивающего покрытия у растений и животных.ТеплоизоляционнаяПодкожная жировая клетчатка препятствует оттоку тепла в окружающее пространство. Важно для водных млекопитающих или млекопитающих, обитающих в холодном климате.РегуляторнаяГиббереллины регулируют рост растений.

Половой гормон тестостерон отвечает за развитие мужских вторичных половых признаков.

Половой гормон эстроген отвечает за развитие женских вторичных половых признаков, регулирует менструальный цикл.

Минералокортикоиды (альдостерон и др.) контролируют водно-солевой обмен.

Глюкокортикоиды (кортизол и др.) принимают участие в регуляции углеводного и белкового обменов.Источник метаболической водыПри окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь.КаталитическаяЖирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами ферментов, т.е. сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции.

Перейти к лекции №1 «Введение. Химические элементы клетки. Вода и другие неорганические соединения»

Перейти к лекции №3 «Строение и функции белков. Ферменты»

Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Источник