Сообщение на тему углеводы и липиды. Общая биология: Углеводы и липиды
Углеводы представляют собой сложные органические соединения, в их состав входят атомы углерода, кислорода и водорода.
Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех - трисахарид, из многих - полисахарид.
Все моносахариды - бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом. Самые распространенные моносахариды - глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза. Сладкий вкус фруктов и ягод, а также меда зависит от содержания в них глюкозы и фруктозы. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ .
Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо растворяются в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.
Из дисахаридов важны свекловичный (или тростниковый) и молочный сахар, из полисахаридов широко распространены крахмал (у растений), гликоген (у животных), клетчатка (целлюлоза). Древесина - почти чистая целлюлоза. Мономерами этих полисахаридов является глюкоза.
Биологическая роль углеводов.
Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Для деятельности клетки - движения, секреции, биосинтеза, свечения и т. д. - необходима энергия. Сложные по структуре, богатые энергией, углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и в результате превращаются в простые, бедные энергией соединения - оксид углерода (IV) и воду (СО 2 и Н 2 О). В ходе этого процесса освобождается энергия. При расщеплении 1 г углевода освобождается 17,6 кДж.
Кроме энергетической, углеводы выполняют и строительную функцию. Например, из целлюлозы состоят стенки растительных клеток.
Липиды.
Липиды представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в бензине, эфире, ацетоне.
Из липидов самые распространенные и известные - жиры. Содержание жира в клетках обычно невелико: 5-10% (от сухого вещества). Существуют, однако, клетки, в которых около 90% жира. У животных такие клетки находятся под кожей, в грудных железах, сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитающих. У некоторых растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, конопли, грецкого ореха.
Кроме жиров в клетках присутствуют и другие липиды, например лецитин, холестерин. К липидам относятся некоторые витамины (А, D) и гормоны (например, половые).
Биологическое значение липидов велико и многообразно. Отметим прежде всего их строительную функцию. Липиды гидрофобны. Тончайший слой этих веществ входит в состав клеточных мембран. Велико значение самого распространенного из липидов - жира - как источника энергии. Жиры способны окисляться в клетке до оксида углерода (IV) и воды. В ходе расщепления жира освобождается в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в процессе жизнедеятельности. Высокое содержание жира в семенах необходимо для обеспечения энергией проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию.
Необходимо отметить далее значение жира как источника воды. Из 1 кг жира при его окислении образуется почти 1,1 кг воды. Это объясняет, каким образом некоторые животные способны обходиться довольно значительное время без воды. Верблюды, например, совершающие переход через безводную пустыню, могут не пить в течение 10 - 12 дней. Медведи, сурки и другие животные в спячке не пьют более двух месяцев. Необходимую для жизнедеятельности воду эти животные получают в результате окисления жира. Кроме структурной и энергетической функций, липиды выполняют защитные функции; жир обладает низкой теплопроводностью. Он откладывается под кожей, образуя у некоторых животных значительные скопления. Так, у кита толщина подкожного слоя жира достигает 1 м, что позволяет этому животному жить в холодной воде полярных морей.
Массовая доля углеводов в живой природе больше, чем других органических соединений. В клетках животных и грибов углеводы содержатся в незначительном количестве (около 1% сухой массы, в клетках печени и мышц — до 5%), тогда как в растительных клетках их содержание значительно больше (60 — 90%). Углеводы образуются преимущественно в результате фотосинтеза. Гетеротрофные организмы получают углеводы из пищи или синтезируют их из других органических соединений (жиров, аминокислот и т.д.).
Углеводы — это органические соединения, в которых соотношение углерода, кислорода в основном соответствует формуле (СН 2 О) n , где n = 3 и больше. Однако есть углеводы, в которых это соотношение несколько иное, а некоторые содержат атомы азота, фосфора или серы.
К углеводам относятся моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — хорошо растворимые в вещества, имеют сладкий вкус. Рассмотрим строение моносахаридов на примере глюкозы. Ее молекулярная формула С 6 Н 12 0 6 .
Молекула глюкозы
Моносахариды классифицируют по количеству атомов углерода в их молекулах. Наиболее важными для живой природы является пентозы (соединения с пятью атомами углерода) и гексозы (соединения с шестью атомами углерода). Распространенными гексозами, кроме глюкозы, являются фруктоза и галактоза. Из пентоз распространены рибоза и дезоксирибоза, остатки которых входят в состав мономеров нуклеиновых кислот. Моносахариды способны сочетаться между собой с помощью -ОН- групп. При этом образуется между двумя остатками моносахаридов через атом кислорода (-O-).
Схема образования полисахаридов на примере целлюлозы (фрагмент молекулы)
Олигосахариды и полисахариды состоят из остатков моносахаридов. Олигосахариды — полимерные углеводы, в которых от 2 до 10 моносахаридных звеньев соединены ковалентными связями. Например, дисахариды образованы двумя остатками моносахаридов. В природе распространены такие дисахариды: обычный пищевой сахар — сахароза (состоит из остатков глюкозы и фруктозы) и молочный сахар — лактоза (состоит из остатков глюкозы и галактозы).
В результате взаимодействия моносахаридов могут формироваться цепочки в сотни и тысячи остатков — полисахариды. Эти соединения плохо растворимые в воде и не имеют сладкого вкуса. В природе распространены полисахариды, образованные из остатков глюкозы, это целлюлоза, гликоген и крахмал. Другой распространенный в природе полисахарид — хитин состоит из азотсодержащих производных глюкозы.
Функции углеводов достаточно разнообразны. Энергетическая функция обусловлена тем, что в результате полного расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Часть этой энергии обеспечивает функционирование организма, а часть выделяется в виде теплоты. Наибольшее количество энергии высвобождается в результате окисления углеводов кислородом, однако расщепление углеводов с выделением энергии может происходить и в других случаях. Это важно для организмов, которые существуют в условиях недостатка или отсутствия кислорода.
Полисахариды могут накапливаться в клетках, то есть выполнять резервную функцию. В клетках животных и грибов накапливается гликоген, в клетках растений — крахмал. Строительная (структурная) функция углеводов заключается в том, что полисахариды входят в состав определенных структур. Так, хитин формирует внешний скелет членистоногих и содержится в клеточной стенке грибов, а целлюлоза — в клеточной стенке растений. Углеводы, связанные с и липидами, располагаются снаружи плазматической мембраны животной клетки и клеточной стенки бактерий. Особые соединения углеводов с белками (мукополисахариды) выполняют в организмах позвоночных животных и человека функцию смазки — они входят в состав жидкости, смазывает поверхности суставов.
Цепи полисахаридов могут линейно располагаться в пространстве или разветвляться, что связано с их функциями. Цепи полисахаридов, которые входят в состав структур клетки или организма, соединяются многочисленными связями между собой, что обеспечивает прочность и химическую стойкость этих веществ. Однако большинство полисахаридов являются резервными веществами животных и растительных клеток, имеют многочисленные разветвленные цепи, вследствие чего в клетке эти молекулы быстро расщепляются до глюкозы во многих точках одновременно.
Строение, свойства и биологическая роль липидов
В состав каждой клетки организма входят липиды. Липиды — это производные жирных кислот и многоатомных спиртов или альдегидов. Жирными кислотами являются органические кислоты с цепью от четырех и более (до 24) атомов углерода, обычно это неразветвленная цепь. Некоторые липиды имеют несколько другое строение, но также плохо растворяются в воде.
Липиды гидрофобные, но хорошо растворяются в неполярных растворителях: бензоле, хлороформе, ацетоне.
Большую группу липидов составляют жиры. Жиры — эфиры трехатомных спирта глицерина и трех остатков неразветвленных жирных кислот. Одна из важнейших функций жиров — энергетическая. В случае полного расщепления 1 г жиров выделяется 38,9 кДж энергии — вдвое больше, чем за полного расщепления аналогичного количества углеводов или белков. Резервная функция заключается в том, что жиры содержатся в цитоплазме клеток в виде включений — в клетках жировой , семенах подсолнечника и др. Запасы жиров могут использоваться организмами как резервные питательные вещества и как источник метаболической воды (при окислении 1 г жиров образуется около 1,1 мл воды).
Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке животных, жиры защищают организм от действия резких изменений температуры, выполняя теплоизоляционную функцию. Эта функция жиров обусловлена их низкой теплопроводностью. Запасы жиров в организме могут выполнять и защитную функцию. В частности, они защищают внутренние органы от механических повреждений.
Подобными жирам по строению соединениями являются воски, слой которых покрывает листья и плоды наземных растений, поверхность хитинового скелета многих членистоногих, предотвращая избыточное испарение воды с поверхности тела.
Отдельную группу липидов образуют стероиды. Важнейшим стероидом организма животных является холестерин — составляющая клеточных мембран, а также предшественник для синтеза витамина D, гормонов надпочечников и половых желез.
Среди липидов есть соединения, образованные в результате взаимодействия молекул простых липидов с другими веществами. К ним относятся липопротеиды (соединения липидов и белков), гликолипиды (липидов и углеводов), фосфолипиды (содержащие остатки ортофосфорная кислота)
Общая формула Сn (H2O)n: углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.
Таблица. Сравнение классов углеводов.
Растворимые в воде углеводы.
Моносахариды
:
глюкоза
– основной источник энергии для клеточного дыхания;
фруктоза
– составная часть нектара цветов и фруктовых соков;
рибоза и дезоксирибоза
– структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.
Дисахариды
:
сахароза
(глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;
лактоза
(глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих;
мальтоза
(глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.
Функции растворимых углеводов :
- транспортная,
- защитная,
- сигнальная,
- энергетическая.
Нерастворимые углеводы
полимерные
:
крахмал,
гликоген,
целлюлоза,
хитин.
Функции полимерных углеводов :
- структурная,
- запасающая,
- энергетическая,
- защитная.
Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Гликоген – запасное вещество животной клетки.
Таблица. Наиболее распространенные углеводы.
Таблиица.Основные функции углеводов.
Липиды .
Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.
Функции липидов :
Запасающая
– жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных.
Энергетическая
– половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка.
Защитная
– подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений.
Структурная
– фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
Теплоизоляционная
– подкожный жир помогает сохранить тепло.
Электроизоляционная
– миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.
Питательная
– некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма.
Смазывающая
– воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.
Гормональная
– гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
Таблица. Основные функции липидов.
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ
Часть А
А1
. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота
2) глюкоза
3) нуклеотид
4) целлюлоза
А2
. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза
2) крахмал
3) хитин
4) гликоген
А3
. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка
2) 10 г глюкозы
3) 10 г жира
4) 10 г аминокислоты
А4
. Какую из функций липиды не выполняют?
1) энергетическую
2)каталитическую
3) изоляционную
4) запасающую
А5
. Липиды можно растворить в:
1) воде
2) растворе поваренной соли
3) соляной кислоте
4) ацетоне
Часть В
В1
. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов
В2
. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая
2) транспортная
3) сигнальная
4)строительная
5) защитная
6) энергетическая
ВЗ
. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная
2) энергетическая
3) запасающая
4) ферментативная
5) сигнальная
6) транспортная
В4 . Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке:
Часть С
С1 . Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?
Липиды. Углеводы.
Кроме неорганических веществ и их ионов все клеточные структуры также состоят из органических соединений- белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот.
Углеводы и липиды.
Углеводы (сахара) -биоорганические соединения углерода и воды, входящие в состав всех живых организмов: Общая формула- Сn (Н2О)n.
Растворимые в воде углеводы.
Моносахариды:
глюкоза- основной источник энергии для клеточного дыхания;
фруктоза - составная часть нектара цветов и фруктовых соков;
рибоза и дезоксирибоза - структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК;
Дисахариды :
сахароза (глюкоза + фруктоза) - основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;
лактоза (глюкоза-Н галактоза)- входит в состав молока млекопитающих;
мальтоза (глюкоза + глюкоза) - источник энергии в прорастающих семенах.
Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
Не растворимые в воде углеводы:
Крахмал - смесь двух полимеров: амилозы и амилопектина. Разветвленная спирализованная молекула, служащая запасным веществом в тканях растений;
Целлюлоза (клетчатка) - полимер, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток;
Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов;
Гликоген - запасное вещество животной клетки. Мономером является а-глюкоза.
Функции нерастворимых углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Липиды - органические соединения, большинство которых являются сложными эфирами глицерина и жирных кислот.
Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.
Виды липидов : жиры, воска, фосфолипиды, стероиды.
Функции липидов :
Запасающая- жиры откладываются в запас в тканях позвоночных животных;
Энергетическая- половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды
Защитная - подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений;
Структурная - фосфолипиды входят в состав клеточных мембран;
Теплоизоляционная - подкожный жир помогает сохранить тепло;
Электроизоляционная - миелин, выделяемый клетками Шванна, изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов;
Питательная- желчные кислоты и витамин D образуются из стероидов;
Смазывающая- воска покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот;
Гормональная - гормон надпочечников - кортизон - и половые гормоны имеют липидную природу. Их молекулы не содержат жирных кислот.
