Углеводы или сахариды это


Углеводы как органические молекулы

Углеводы – это органические молекулы, которые содержат углерод, водород и кислород в мольном соотношении 1:2:1. Элементы в них объединяются в карбонильную и карбоксильную группы. Их общая формула (CH2O) n.


Так как первые изученные углеводы содержали водорода и кислорода столько же, сколько и в молекуле воды, они и получили своё название (углерод + вода). Вместе с тем есть молекулы, у которых соотношение указанных в формуле химических элементов иное, а некоторые, кроме того, содержат атомы азота, фосфора или серы, но подробная классификация углеводов рассматривается ниже. Источником углеводов является растения, там они синтезируются в процессе фотосинтеза.

Так как углеводы содержат много углеводородных связей (C-H), высвобождающих энергию при окислении, они хорошо подходят для хранения энергии. Эти вещества входят в состав всех живых организмов. В клетках животных их содержание не превышает 10 % сухой массы, в клетках растений их значительно больше – до 90 %.

Классификация углеводов

Углеводы существуют в нескольких формах: моносахаридов, олигосахаридов (в том числе дисахаридов) и полисахаридов.

Углеводы моносахариды

Самые простые углеводы – моносахариды (греч. μόνος «единственный», лат. saccharum «сахар»), или простые сахара. Могут включать от 3 атомов углерода, но те, что играют роль в запасе энергии, содержат 6 атомов углерода:  C6H12O6 или (CH2O)6.

Структура моносахаридов.

Свойства моносахаридов:

  • бесцветность;
  • твёрдость кристаллической решётки;
  • хорошая растворимость в воде;
  • способность к кристаллизации;
  • сладкий вкус,
  • представление в форме α и β-изомеров.

По количеству атомов углерода в составе молекул, моносахариды делятся на несколько групп:

  • триозы (C3),
  • тетрозы (C4),
  • пентозы (C5),
  • гексозы (C6),
  • гептозы (C7).

Важнейшими из них являются пентозы и гексозы.

Из тетроз важной является эритроза – один из промежуточных продуктов фотосинтеза растений.

Широко распространены в живом мире пентозы (пятиуглеродные сахара). Эта группа углеводов включает такие важные вещества как рибоза (C5H10O4) и дезоксирибоза (C5H10O5) – сахара, входящие в состав нуклеотидов – мономеров нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу.

Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза. Это стериоизомеры с общей формулой C6H12O6.

Глюкоза – виноградный сахар, в свободном состоянии встречается как в растениях, так и в организмах животных. В зависимости от ориентации карбонильной группы (C = O) при замкнутом кольце, глюкоза может существовать в двух различных формах: альфа (α) и бета (β). У α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца при первом атоме углерода, а у β-глюкозы над плоскостью. Глюкоза — это:

  • важнейший источник энергии для всех видов работ в клетке;
  • мономер многих олиго- и полисахаридов;
  • необходимый компонент крови. Снижение её концентрации ведёт к нарушению работы нервных и мышечных клеток, что может сопровождаться судорогами и обмороком. Уровень содержания глюкозы в крови регулируется нервно-гуморальной системой;
  • составная часть почти всех тканей и органов, там она регулирует осмотическое давление;
  • помощник печени в выполнении барьерной роли против токсинов.

Фруктоза тоже очень распространена в природе. Отличается от глюкозы положением карбонильного углерода (C = O). Служит мономером олигосахаридов. Большая её часть находится в плодах, поэтому её ещё называют фруктовым сахаром. Много фруктозы в сахарной свёкле и мёде.

Путь её распада в организме короче, что имеет большое значение в питании больных сахарным диабетом, когда глюкоза слабо усваивается клетками.

Мёд, несмотря на многочисленные советы употреблять его вместо сахара, не является идеальным источником углеводов. Он содержит сахар в чистом виде.

Мёд образуется при ферментативном гидролизе цветочного нектара в пищеварительном тракте пчелы и содержит примерно равные количества свободных глюкозы, фруктозы и дисахарид сахарозу.

Сахар, приносящий пользу, находится в молодых овощах, ягодах, фруктах. Вредный для питания сахар – булочки, торты, пирожные, печенья, сладкие газировки, мороженое. В день в идеале можно съедать 50 г сладкого во время обеда или на полдник в качестве десерта.


 

Галактоза — пространственный изомер глюкозы, отличающийся только расположением гидроксильной группы и водорода около четвёртого атома углерода. Содержится в животных, растениях и некоторых микроорганизмах. Она входит в состав лактозы — молочного сахара, а также в состав некоторых полисахаридов, например лактулозы. В печени и в других органах галактоза превращается в глюкозу.


Различия в структуре этих изомеров влияют на их функции. Их можно различить уже на вкус: фруктоза, например, намного слаще глюкозы. От строения их кольца или цепи зависит и способность быть частью какого-либо полимера.

Углеводы олигосахариды

Олигосахариды (от греч. ὀλίγος — немногий) — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до 10) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа молекул моносахаридов, различают: дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д. Наиболее распространены среди них дисахариды. Свойства олигосахаридов:

  • растворяются в воде;
  • мало растворяются в низших спиртах;
  • почти не растворяются в других обычных растворителях;
  • белые или бесцветные;
  • кристаллизуются, но не все, некоторые существуют в форме некристаллических сиропов;
  • их сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов.

Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной (тип ковалентной связи, реакция конденсации).

Образование гликозидных связей
Углеводы дисахариды

В растениях и многих других организмах моносахариды трансформируется в дисахариды — транспортную форму, предназначенную для удобства перемещения внутри организма. В таком виде она труднее расщепляется и может быть доставлена в нужные места.

Дисахариды, образуется путём связывания двух моносахаридов (др. греч. δuο — два и σaκχαρον — сахар) гликозидной связью. Ферменты, способные разорвать эту связь присутствуют, как правило, только в тканях, которые используют глюкозу. Транспортные формы различаются в зависимости от того из каких моносахаридов состоят данные дисахариды. Кроме глюкозы они могут включать фруктозу и галактозу.

 

При соединении остатка глюкозы с её структурным изомером фруктозой образуется дисахарид сахароза (тростниковый, или свекловичный сахар). Сахароза — самая распространённая форма транспортных углеводов, которая хранится в клетках растений (в семенах, ягодах, корнях, клубнях, плодах). Играет важную роль в питании животных и человека. В растениях сахароза служит растворимым резервным углеводом, а также транспортной формой продуктов фотосинтеза, которая легко переносится по растению.

Это привычный нам бытовой сахар, который в промышленности вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10-18%) или сахарной свёклы (корнеплоды — до 20%).

Уборка сахарного тростника
Автор: Siebrand

Связывание глюкозы со стериоизомером галактозой приводит к появлению дисахарида лактозы, или молочного сахара. Она есть в молоке всех млекопитающих (2-8,5%), при её помощи звери и человек обеспечивают энергией своё потомство. Взрослые значительно уменьшают потребление молока, так как в их организме нет фермента, нужного для расщепления лактозы. Лактоза используется в микробиологической промышленности для приготовления питательной среды.

Мальтоза, или солодовый сахар — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Концентрируется в прорастающих семенах злаков, в томатах и нектаре некоторых растений. Это основной структурный элемент крахмала и гликогена. Мальтоза гидролизируется на две молекулы глюкозы под действием фермента мальтазы.

Углеводы полисахариды

Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (нескольких десятков и более) молекул моносахаридов. Полисахариды (от греч. полис — много) могут включать остатки одинаковых или разных моносахаридов.

Свойства полисахаридов:

  • не растворяются или плохо растворяются в воде;
  • не образуют ясно оформленных кристаллов;
  • не имеют сладкого вкуса.

Многие микроорганизмы легко разлагают до глюкозы крахмал, но большинство из них не способны переварить целлюлозу или другие полисахариды, такие как хитин. Эти углеводы могут усваиваться только некоторыми бактериями и протистами. Жвачные животные и термиты, к примеру, используют микроорганизмы для переваривания целлюлозы.

Даже при том, что эти сложные углеводы не очень легко усваиваемы, они важны для питания. Их называют пищевыми волокнами, так как они улучшают пищеварение и способствуют лучшей перистальтике кишечника. Основная функция пищевых волокон — способствовать всасыванию других питательных веществ.

Полисахариды различаются между собой составом мономеров, длиной и степенью разветвленности цепей. Они могут иметь линейную неразветвленную (целлюлоза, хитин), разветвленную (гликоген) и смешанную структуру (крахмал представляет собой смесь полисахаридов — примерно на 80 % (по массе) он состоит из разветвленного амилопектина и на 20 % из линейного полисахарида амилозы).

В функциональном отношении различают полисахариды резервного, структурного и защитного назначения. Типичные резервные полисахариды — крахмал и гликоген. К структурным полисахаридам относят целлюлозу (клетчатку). Защитную функцию у животных обеспечивают гепарин и гиалуроновая кислота.

Крахмал и гликоген

Крахмал и гликоген запасают метаболическую энергию.

Крахмал (C6H10O5)n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Состоит из смеси других полисахаридов — амилозы и амилопектина. Амилоза имеет вид длинной цепочки, связанной в спираль, именно такая конфигурация обеспечивает синюю окраску растворимого крахмала при добавлении йода. Амилопектин — древовидно разветвлённая цепь, он в присутствии йода окрашиваются в коричневый цвет. Крахмал — основной резервный углевод растений, являющийся одним из продуктов фотосинтеза. Накапливается в хлоропластах листьев, семенах, клубнях, корневищах, луковицах, откладывается в клетках в виде крахмальных зёрен в специальных органеллых — амилопластах. Содержание крахмала:

  • в зерновках риса — до 86%;
  • пшеницы — до 75%;
  • в клубнях картофеля — до 25%.

Крахмал — основной углевод пищи человека, его расщепляет фермент амилаза. Крахмальные зёрна практически не растворяются в воде, но амилоза набухает при её нагревании, тогда как амилопектин не изменяется даже при очень длительном кипячении.

Гликоген (C6H10O5)n — полисахарид, состоящий из 30 000 остатков α-глюкозы. Его цепочки ветвятся сильнее, чем у крахмала. По типу ветвления он похож на компонент крахмала амилопектин, поэтому его часто называют животным крахмалом. Он не даёт синего окрашивания при контакте с йодом. Гликоген — это запасной углевод животных. Накапливается в печени (до 20%) и в мышцах (4%), в небольшом количестве он найден в почках, клетках мозга и лейкоцитах крови. Чаще всего используется как источник глюкозы для восполнения её запасов в крови. Есть гликоген и в клетках грибов, в том числе и дрожжей. В отличие от крахмала гликоген растворим при комнатной температуре.

Целлюлоза

Целлюлоза — полимер, в котором мономер глюкоза соединяется между собой по типу β. Это основной структурный полисахарид клеточной стенки растений, в нём аккумулируется около 50% всего углерода биосферы. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%.

Молекулы целлюлозы не ветвятся, а собираются в очень прочные волокна из параллельно уложенных цепочек, связанных в пучки водородными соединениями. Они нерастворимы в воде, внешне похожи на часть крахмала — амилозу, с одним отличием — цепи целлюлозы, соединённые по β типу в большинстве живых организмах не расщепляются, так как у них отсутствует нужный для этого фермент целлюлаза. Из-за того, что целлюлоза не может быть разорвана в пищеварительном тракте животных, она может работать как биологический структурный материал. Но некоторым жвачным, например, коровам, переваривать целлюлозу помогают симбиотические микроорганизмы.

Целлюлоза является пищей не только для коров, но и для грибов, микроорганизмов, некоторых протист и животных (термиты). Микроорганизмы, способные расщеплять целлюлозу, входят также в состав микрофлоры толстого кишечника человека.

Хитин

Хитин (фр. chitine, от др.-греч. χιτών: хитон — одежда, кожа, оболочка) — структурный полисахарид, найденный в кутикуле членистоногих и ряда других беспозвоночных (червей, кишечнополостных), клеточных оболочках некоторых грибов и протист. Кроме углерода, водорода и кислорода в его молекулах содержится азот (C8H13NO5)n, этим он отличается от целлюлозы. Состоит из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных между собой β-гликозидными связями. Усваивать хитин способны немногие организмы, например некоторые бактерии. Но многие существа продуцируют фермент хитиназу, вероятно в качестве защиты от плесени.

Функции углеводов

В живых организмах углеводы выполняют различные функции, основные из них — энергетическая, запасающая и структурная.

  • Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Конечные продукты окисления углеводов — углекислый газ и вода.

Важнейшая роль углеводов в энергетическом обмене живых организмов связана с их способностью расщепляться как при наличии кислорода, так и без него. Это имеет большое значение для анаэробов.

  • Запасающая функция. Полисахариды являются запасными питательными веществами, играя роль «хранилищ» энергии. Резервным углеводом растений является крахмал, животных и грибов — гликоген, бактерий — муреин (пептидогликан). При необходимости эти полисахариды расщепляются до глюкозы, которая служит основным источником энергии для большинства живых организмов.
  • Структурная функция. Углеводы используются в качестве строительного материала. Оболочки клеток растений на 20-40 % состоят из целлюлозы, которая обладает высокой прочностью. Поэтому они надежно защищают внутриклеточное содержимое и поддерживают форму клеток. Хитин является важным структурным компонентом наружного скелета членистоногих, кольчатых червей, клеточных оболочек грибов и некоторых протист.

 

Биологические функции углеводов
  • Олиго- и полисахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клеток животных, образуя надмембранный комплекс — гликокаликс. Углеводные компоненты цитоплазматической мембраны выполняют рецепторную функцию: воспринимают сигналы из окружающей среды и передают их в клетку.
  • Метаболическая функция углеводов состоит в том, что в клетках живых организмов моносахариды являются основой для синтеза многих органических веществ — олиго- и полисахаридов, нуклеотидов, некоторых спиртов. Ряд веществ, образующихся в ходе расщепления молекул моносахаридов, используется клетками для синтеза аминокислот, жирных кислот и др.
  • Защитная. Они входят в состав слизей, предохраняющих кишечник, бронхи от механических повреждений, в состав репарина — вещества, предотвращающего свёртывание крови у человека.
  • Осмотическая. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме.

 

Вам будет интересно

углеводы — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.

Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.

 

Общая формула углеводов:

Cn(h3O)m.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.

В состав производных углеводов могут входить и другие элементы.

 

Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды

Пример:

из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.

Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.

Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Пример:

сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:

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 в воде полисахариды

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

 

Пример:

полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.

Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.

Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.
Гликоген — запасное вещество животной клетки.

Известны также сложные полисахариды, выполняющие структурные функции в опорных тканях животных (они входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им прочность и эластичность).

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

http://www.bestreferat.ru/referat-100195.html

Тема №26 «Углеводы: моносахариды, дисахариды, полисахариды»

Оглавление

  1. Классификация углеводов
  2. Моносахариды. Глюкоза.
  3. Строение молекулы глюкозы
  4. Химические свойства глюкозы
  5. Полисахариды. Крахмал и целлюлоза. 
  6. Строение крахмала и целлюлозы
  7. Химические свойства полисахаридов
  8. Применение углеводов
  9. Задания для самопроверки

Классификация углеводов

Углеводы — органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2 : 1).

Общая формула углево­дов — Сn2О)m, т. е. они как бы состоят из углерода и во­ды, отсюда и название клас­са, которое имеет историче­ские корни. Оно появилось на основе анализа первых известных углеводов. В даль­нейшем было установлено, что имеются углеводы, в мо­лекулах которых не соблюда­ется указанное соотношение (2 : 1), например дезоксирибоза — С5Н10О4. Извест­ны также органические соединения, состав кото­рых соответствует приведенной общей формуле, но которые не принадлежат к классу углеводов. К ним относятся, например, формальдегид СН2О и уксус­ная кислота СН3СООН.

Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным для этих веществ.

Углеводы по их способности гидролизоваться можно разделить на три основные группы: моно-, ди- и полисахариды.

Моносахариды — углеводы, которые не гидро­лизуются (не разлагаются водой). В свою очередь, в зависимости от числа атомов углерода, моноса­хариды подразделяются на триозы (молекулы ко­торых содержат три углеродных атома), тетрозы (четыре углеродных атома), пентозы (пять), гексозы (шесть) и т. д.

В природе моносахариды представлены преиму­щественно пентозами и гексозами.

К пентозам относятся, например, рибоза — С5Н10О5 и дезоксирибоза (рибоза, у которой «от­няли» атом кислорода) — С5Н10О4. Они входят в состав РНК и ДНК и опре­деляют первую часть назва­ний нуклеиновых кислот.

К гексозам, имеющим об­щую молекулярную формулу С6Н12О6, относятся, например, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Формула глюкозы

Дисахариды — углево­ды, которые гидролизуются с образованием двух моле­кул моносахаридов, напри­мер гексоз. Общую формулу подавляющего большинства дисахаридов вывести несложно: нужно «сложить» две формулы гексоз и «вычесть» из получившейся формулы молекулу воды — С12Н22О11. Соответствен­но можно записать и общее уравнение гидролиза:

К дисахаридам относятся:

1. Сахароза (обычный пищевой сахар), которая при гидролизе образует одну молекулу глюкозы и молекулу фруктозы. Она содержится в большом количестве в сахарной свекле, сахарном тростнике (отсюда и названия — свекловичный или трост­никовый сахар), клене (канадские первопроходцы добывали кленовый сахар), сахарной пальме, ку­курузе и т. д.

2. Мальтоза (солодовый сахар), которая гидро­лизуется с образованием двух молекул глюкозы. Мальтозу можно получить при гидролизе крахмала под действием ферментов, содержащихся в соло­де, — пророщенных, высушенных и размолотых зернах ячменя.

3. Лактоза (молочный сахар), которая гидроли­зуется с образованием молекул глюкозы и галак­тозы. Она содержится в молоке млекопитающих (до 4-6 %), обладает невысокой сладостью и ис­пользуется как наполнитель в драже и аптечных таблетках.

Сладкий вкус разных моно- и дисахаридов раз­личен. Так, самый сладкий моносахарид — фрук­тоза — в 1,5 раза слаще глюкозы, которую при­нимают за эталон. Сахароза (дисахарид), в свою очередь, в 2 раза слаще глюкозы и в 4-5 раз — лактозы, которая почти безвкусна.

Полисахариды — крахмал, гликоген, декстри­ны, целлюлоза и т. д. — углеводы, которые гидро­лизуются с образованием множества молекул моно­сахаридов, чаще всего глюкозы.

Чтобы вывести формулу полисахаридов, нуж­но от молекулы глюкозы «отнять» молекулу во­ды и записать выражение с индексом n: (С6Н10О5)n, ведь именно за счет отщепления молекул воды в природе образуются ди- и полисахариды.

Роль углеводов в природе и их значение для жизни человека чрезвычайно велики. Образуясь в клетках растений в результате фотосинтеза, они выступают источником энергии для клеток живот­ных. В первую очередь это относится к глюкозе.

Многие углеводы (крахмал, гликоген, сахаро­за) выполняют запасающую функцию, роль резерва питательных веществ.

Кислоты РНК и ДНК, в состав которых входят некоторые углеводы (пентозы-рибозы и дезоксирибоза), выполняют функции передачи наследствен­ной информации.

Целлюлоза — строительный материал расти­тельных клеток — играет роль каркаса для оболо­чек этих клеток. Другой полисахарид — хитин — выполняет аналогичную роль в клетках некоторых животных: образует наружный скелет членистоно­гих (ракообразных), насекомых, паукообразных.

Углеводы служат в конечном итоге источником нашего питания: мы потребляем зерно, содержа­щее крахмал, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в бел­ки и жиры. Самая гигиеничная одежда изготовле­на из целлюлозы или продуктов на ее основе: хлоп­ка и льна, вискозного волокна, ацетатного шелка. Деревянные дома и мебель построены из той же целлю­лозы, образующей древесину.

В основе производства фото- и кинопленки — все та же целлюлоза. Книги, газеты, письма, денежные банкно­ты — все это продукция цел­люлозно-бумажной промышленности. Значит, углеводы обеспечивают нас всем необходимым для жизни: пищей, одеждой, кровом.

Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. Углевода­ми являются и такие жизненно необходимые веще­ства, как гепарин (он играет важнейшую роль — предотвращает свертывание крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микробиологической и кондитерской промыш­ленности — вспомните знаменитый торт «Птичье молоко»).

Необходимо подчеркнуть, что единственным видом энергии на Земле (помимо ядерной, разуме­ется) является энергия Солнца, а единственным способом ее аккумулирования для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмов явля­ется процесс фотосинтеза, протекающий в клетках живых растений и приводящий к синтезу угле­водов из воды и углекислого газа. Именно при этом превращении образуется кислород, без ко­торого жизнь на нашей планете была бы невозможна:

Моносахариды. Глюкоза

Глюкоза и фруктоза — твердые бесцветные кристаллические вещества. Глюкоза содержится в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар») вместе с фруктозой, которая содержится в некоторых фруктах и плодах (отсюда название «фруктовый сахар»), составляет значительную часть меда. В крови человека и животных посто­янно содержится около 0,1 % глюкозы (80-120 мг в 100 мл крови). Большая ее часть (около 70 %) подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов — углекислого газа и воды (процесс гли­колиза):

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значи­тельной степени обеспечивает энергетические по­требности живых организмов.

Превышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг в 100 мл крови свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии опас­ного заболевания — сахарного диабета.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкозы можно судить на основании опытных данных. Она реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфи­ры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Ес­ли раствор глюкозы прилить к свежеполученно­му гидроксиду меди (II), то осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на много­атомные спирты. Следовательно, глюкоза является многоатомным спиртом. Если же подогреть полу­ченный раствор, то вновь выпадет осадок, но уже красноватого цвета, т. е. произойдет качественная реакция на альдегиды. Аналогично, если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдет реакция «серебряного зер­кала». Следовательно, глюкоза является одновре­менно многоатомным спиртом и альдегидом — алъдегидоспиртом. Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего атомов углерода в моле­куле C6H12O6 шесть. Один атом входит в состав альдегидной группы:

Остальные пять атомов связываются с пятью гидроксигруппами.

И наконец, атомы водорода в молекуле распре­делим с учетом того, что углерод четырехвалентен:

или

Однако установлено, что в растворе глюко­зы помимо линейных (альдегидных) молекул существуют молекулы циклического строения, из которых состоит кристаллическая глюкоза. Превращение молекул линейной формы в цикли­ческую можно объяснить, если вспомнить, что атомы углерода могут свободно вращаться вокруг σ-связей, расположенных под углом 109° 28′. При этом альдегидная группа (1-й атом углерода) мо­жет приблизиться к гидроксильной группе пятого атома углерода. В первой под влиянием гидрокси- группы разрывается π-связь: к атому кислорода присоединяется атом водорода, и «потерявший» этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл:

В результате такой перегруппировки атомов образуется циклическая молекула. Циклическая формула показывает не только порядок связи ато­мов, но и их пространственное расположение. В ре­зультате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая гидроксигруппа у пер­вого атома, которая может занять в пространстве два положения: над и под плоскостью цикла, а по­тому возможны две циклические формы глюкозы:

а) α-форма глюкозы — гидроксильные группы при первом и втором атомах углерода располо­жены по одну сторону кольца молекулы;

б) β-форма глюкозы — гидроксильные группы на­ходятся по разные стороны кольца молекулы:

В водном растворе глюкозы в динамическом равновесии находятся три ее изомерные формы — циклическая α-форма, линейная (альдегидная) форма и циклическая β-форма:

В установившемся динамическом равновесии преобладает β-форма (около 63 %), так как она энер­гетически предпочтительнее — у нее OH-группы у первого и второго углеродных атомов по разные стороны цикла. У α-формы (около 37 %) OH-группы у тех же углеродных атомов расположены по одну сторону плоскости, поэтому она энергетически ме­нее устойчива, чем β-форма. Доля же линейной фор­мы в равновесии очень мала (всего около 0,0026 %).

Динамическое равновесие можно сместить. На­пример, при действии на глюкозу аммиачного рас­твора оксида серебра количество ее линейной (аль­дегидной) формы, которой в растворе очень мало, пополняется все время за счет циклических форм, и глюкоза полностью подвергается окислению до глюконовой кислоты.

Изомером альдегидоспирта глюкозы является кетоноспирт — фруктоза:

Химические свойства глюкозы

Химические свойства глюкозы, как и любого другого органического вещества, определяются ее строением. Глюкоза обладает двойственной функ­цией, являясь и альдегидом, и многоатомным спиртом, поэтому для нее характерны свойства и много­атомных спиртов, и альдегидов.

Реакции глюкозы как многоатомного спирта.

Глюкоза дает качественную реакцию много­атомных спиртов (вспомните глицерин) со свеже­полученным гидроксидом меди (II), образуя ярко­-синий раствор соединения меди (II).

Глюкоза, подобно спиртам, может образовывать сложные эфиры.

Реакции глюкозы как альдегида

1. Окисление альдегидной группы. Глюкоза как альдегид способна окисляться в соответствующую (глюконовую) кислоту и давать качественные ре­акции альдегидов.

Реакция «серебряного зеркала»:

Реакция со свежеполученным Cu(OH)2 при на­гревании:

Восстановление альдегидной группы. Глю­коза может восстанавливаться в соответствующий спирт (сорбит):

Реакции брожения

Эти реакции протекают под действием особых биологических катализаторов белковой приро­ды — ферментов.

1. Спиртовое брожение:

издавна применяемое человеком для получения этилового спирта и алкогольных напитков.

2. Молочнокислое брожение:

которое составляет основу жизнедеятельности мо­лочнокислых бактерий и происходит при скиса­нии молока, квашении капусты и огурцов, силосо­вании зеленых кормов.\

Химические свойства глюкозы - конспект

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза.

Крахмал — белый аморфный порошок, не рас­творяется в холодной воде. В горячей воде он раз­бухает и образует коллоидный раствор — крах­мальный клейстер.

Крахмал содержится в цитоплазме раститель­ных клеток в виде зерен запасного питательного вещества. В картофельных клубнях содержится около 20 % крахмала, в пшеничных и кукуруз­ных зернах — около 70 %, а в рисовых — почти 80 %.

Целлюлоза (от лат. cellula — клетка), выделен­ная из природных материалов (например, вата или фильтровальная бумага), представляет собой твер­дое волокнистое вещество, нерастворимое в воде.

Оба полисахарида имеют растительное проис­хождение, однако играют в клетке растений разную роль: целлюлоза — строительную, конструкционную функцию, а крахмал — запасающую. Поэтому цел­люлоза является обязательным элементом клеточ­ной оболочки растений. Волокна хлопка содержат до 95 % целлюлозы, волокна льна и конопли — до 80 %, а в древесине ее содержится около 50 %.

Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов можно выразить общей формулой (C6H10O5)n. Число повторяю­щихся звеньев в макромолекуле крахмала может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отли­чается значительно большим числом звеньев и, следова­тельно, молекулярной мас­сой, которая достигает не­скольких миллионов.

Различаются углеводы не только молекулярной мас­сой, но и структурой. Для крахмала характерны два вида структур макромолекул: линейная и развет­вленная. Линейную структуру имеют более мел­кие макромолекулы той части крахмала, которую называют амилозой, а разветвленную структуру имеют молекулы друг

Углеводы, подготовка к ЕГЭ по химии

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
  • 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
  • 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.

  • Гидролиз крахмала
  • В присутствии кислоты и при нагревании, крахмал (полимер) распадается на мономеры - молекулы глюкозы.

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

    6CO2 + 6H2O → (hν) C6H12O6 + 6O2

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.

  • Реакции по гидроксогруппам
  • 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.

  • Брожение глюкозы
  • 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 2018-2020

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.

Углеводы - Carbohydrate - qaz.wiki

Органическое соединение, состоящее только из углерода, водорода и кислорода.

Углеводы ( ) представляет собой биомолекула , состоящая из углерода (С), водород (Н) и кислород (O) атомы, как правило , с водородно-кислородным атомом соотношении 2: 1 (как в воде) и, следовательно, с эмпирической формулой C m (H 2 O) n (где m может отличаться от n ). Однако не все углеводы соответствуют этому точному стехиометрическому определению (например, уроновые кислоты, дезоксисахара, такие как фукоза), и не все химические вещества, которые соответствуют этому определению, автоматически классифицируются как углеводы (например, формальдегид).

Этот термин наиболее распространен в биохимии , где он является синонимом сахарида , группы, которая включает сахара , крахмал и целлюлозу . Сахариды делятся на четыре химические группы: моносахариды , дисахариды , олигосахариды и полисахариды . Моносахариды и дисахариды, самые мелкие (с более низкой молекулярной массой ) углеводы, обычно называют сахарами. Слово сахарид происходит от греческого слова σάκχαρον ( sákkharon ), что означает «сахар». Хотя научная номенклатура углеводов сложна, названия моносахаридов и дисахаридов очень часто заканчиваются суффиксом -оза , как в моносахаридах фруктоза (фруктовый сахар) и глюкоза (крахмальный сахар) и дисахариды сахароза ( тростниковый или свекольный сахар). и лактоза (молочный сахар).

Углеводы выполняют многочисленные функции в живых организмах. Полисахариды служат для хранения энергии (например, крахмала и гликогена ) и в качестве структурных компонентов (например, целлюлозы в растениях и хитина у членистоногих). 5-углеродный моносахарид рибоза является важным компонентом коферментов (например, АТФ , FAD и NAD ) и основы генетической молекулы, известной как РНК . Родственная дезоксирибоза является компонентом ДНК. Сахариды и их производные включают множество других важных биомолекул, которые играют ключевую роль в иммунной системе , оплодотворении , предотвращении патогенеза , свертывании крови и развитии .

Углеводы играют центральную роль в питании и содержатся в большом количестве натуральных и обработанных пищевых продуктов. Крахмал - это полисахарид. Он богат злаками (пшеница, кукуруза, рис), картофелем и обработанными продуктами на основе зерновой муки , такими как хлеб, пицца или макаронные изделия. Сахар присутствует в рационе человека в основном в виде столового сахара (сахароза, извлеченная из сахарного тростника или сахарной свеклы ), лактозы (в большом количестве в молоке), глюкозы и фруктозы, которые естественным образом содержатся в меде , многих фруктах и ​​некоторых овощах. Столовый сахар, молоко или мед часто добавляют в напитки и многие готовые продукты, такие как варенье, печенье и пирожные.

Целлюлоза, полисахарид, содержащийся в клеточных стенках всех растений, является одним из основных компонентов нерастворимых пищевых волокон . Хотя нерастворимые пищевые волокна не усваиваются, они помогают поддерживать здоровье пищеварительной системы, облегчая дефекацию . Другие полисахариды , содержащиеся в пищевых волокон , включают резистентный крахмал и инулин , которые питаются некоторые бактерии в микробиоты в толстой кишке , и метаболизируются этими бактериями с образованием короткоцепочечных жирных кислот .

Терминология

В научной литературе термин «углевод» имеет много синонимов, таких как «сахар» (в широком смысле), «сахарид», «оса», «глюцид», «гидрат углерода» или « полигидроксисоединения с альдегидом или кетоном ». . Некоторые из этих терминов, особенно «углевод» и «сахар», также используются в других значениях.

В пищевой науке и во многих неформальных контекстах термин «углевод» часто означает любую пищу, которая особенно богата сложным углеводным крахмалом (например, злаки, хлеб и макаронные изделия) или простыми углеводами, такими как сахар (содержится в конфетах, джемах , и десерты).

Часто в списках пищевой информации , таких как Национальная база данных по питательным веществам Министерства сельского хозяйства США , термин «углевод» (или «углевод по разнице») используется для всего, кроме воды, белков, жиров, золы и этанола. Сюда входят химические соединения, такие как уксусная или молочная кислота , которые обычно не считаются углеводами. Он также включает пищевые волокна, которые являются углеводами, но не вносят большого вклада в пищевую энергию ( килокалории ), хотя их часто включают в расчет общей пищевой энергии, как если бы они были сахаром.

В строгом смысле « сахар » применяется к сладким растворимым углеводам, многие из которых используются в пище.

Состав

Раньше название «углевод» использовалось в химии для любого соединения с формулой C m (H 2 O) n . Следуя этому определению, некоторые химики считали формальдегид (CH 2 O) простейшим углеводом, в то время как другие утверждали, что это название означает гликолевый альдегид . Сегодня этот термин обычно понимается в биохимическом смысле, который исключает соединения только с одним или двумя атомами углерода и включает множество биологических углеводов, которые отклоняются от этой формулы. Например, хотя приведенные выше репрезентативные формулы, казалось бы, охватывают общеизвестные углеводы, повсеместно распространенные и изобильные углеводы часто отклоняются от этого. Например, углеводы часто имеют химические группы, такие как: N- ацетил (например, хитин), сульфат (например, гликозаминогликаны), карбоновая кислота (например, сиаловая кислота) и дезоксигруппы (например, фукоза и сиаловая кислота).

Природные сахариды обычно состоят из простых углеводов, называемых моносахаридами с общей формулой (CH 2 O) n, где n равно трем или более. Типичный моносахарид имеет структуру H– (CHOH) x (C = O) - (CHOH) y –H, то есть альдегид или кетон с множеством добавленных гидроксильных групп, обычно по одной на каждый атом углерода, который не является частью альдегидная или кетонная функциональная группа . Примерами моносахаридов являются глюкоза , фруктоза и глицеральдегиды . Однако некоторые биологические вещества, обычно называемые «моносахаридами», не соответствуют этой формуле (например, уроновые кислоты и дезоксисахары, такие как фукоза ), и есть много химических веществ, которые соответствуют этой формуле, но не считаются моносахаридами (например, формальдегид CH 2 O и инозитол (CH 2 O) 6 ).

Форма с открытой цепью моносахарида часто сосуществует с формой замкнутого кольца, где углерод карбонильной группы альдегида / кетона (C = O) и гидроксильная группа (–OH) реагируют, образуя полуацеталь с новым мостиком C – O – C.

Моносахариды могут быть соединены вместе в так называемые полисахариды (или олигосахариды ) самыми разными способами. Многие углеводы содержат одну или несколько модифицированных моносахаридных единиц, в которых одна или несколько групп заменены или удалены. Например, дезоксирибоза , компонент ДНК , представляет собой модифицированную версию рибозы ; хитин состоит из повторяющихся единиц N-ацетилглюкозамина , азотсодержащей формы глюкозы.

Деление

Углеводы - это полигидроксиальдегиды, кетоны, спирты, кислоты, их простые производные и их полимеры, имеющие связи ацетального типа. Их можно классифицировать по степени полимеризации и изначально разделить на три основные группы, а именно сахара, олигосахариды и полисахариды.

Основные пищевые углеводы
Класс (DP) * Подгруппа Составные части
Сахар (1-2) Моносахариды Глюкоза , галактоза , фруктоза , ксилоза
Дисахариды Сахароза , лактоза , мальтоза , изомальтулоза , трегалоза
Полиолы Сорбит , маннит
Олигосахариды (3–9) Мальто-олигосахариды Мальтодекстрины
Другие олигосахариды Рафиноза , стахиоза , фруктоолигосахариды
Полисахариды (> 9) Крахмал Амилоза , амилопектин , модифицированные крахмалы
Некрахмальные полисахариды Гликоген , целлюлоза , гемицеллюлоза , пектины , гидроколлоиды
* DP = степень полимеризации

Моносахариды

Моносахариды - это самые простые углеводы, поскольку они не могут быть гидролизованы до более мелких углеводов. Это альдегиды или кетоны с двумя или более гидроксильными группами. Общая химическая формула немодифицированного моносахарида - (C • H 2 O) n , буквально «гидрат углерода». Моносахариды - важные молекулы топлива, а также строительные блоки нуклеиновых кислот. Самыми маленькими моносахаридами, для которых n = 3, являются дигидроксиацетон и D- и L-глицеральдегиды.

Классификация моносахаридов

Α и & beta ; аномеры глюкозы. Обратите внимание на положение гидроксильной группы (красной или зеленой) на аномерном атоме углерода относительно группы CH 2 OH, связанной с углеродом 5: они либо имеют идентичные абсолютные конфигурации (R, R или S, S) (α), либо противоположные абсолютные конфигурации (R, S или S, R) (β).

Моносахариды классифицируются по трем различным характеристикам: расположение карбонильной группы, количество содержащихся в ней атомов углерода и хиральность . Если карбонильная группа представляет собой альдегид , моносахарид представляет собой альдозу ; если карбонильная группа представляет собой кетон , моносахарид представляет собой кетозу . Моносахариды с тремя атомами углерода, называются триозы , те , с четырьмя называются tetroses , пять называются пентоз , шесть являются гексозы , и так далее. Эти две системы классификации часто сочетаются. Например, глюкоза - это альдогексоза (шестиуглеродный альдегид), рибоза - это альдопентоза (пятиуглеродный альдегид), а фруктоза - это кетогексоза (шестиуглеродный кетон).

Каждый атом углерода, несущий гидроксильную группу (-ОН), за исключением первого и последнего атомов углерода, является асимметричным , что делает их стереоцентрами с двумя возможными конфигурациями каждый (R или S). Из-за этой асимметрии для любой данной формулы моносахарида может существовать ряд изомеров . Используя правило Ле Бель-Вант Гоффа , альдогексозная D-глюкоза, например, имеет формулу (C · H 2 O) 6 , из которой четыре из шести атомов углерода являются стереогенными, что делает D-глюкозу одним из 2 4 = 16 возможных стереоизомеров . В случае глицеральдегидов , альдотриозы, существует одна пара возможных стереоизомеров, которые являются энантиомерами и эпимерами . 1,3-дигидроксиацетон , кетоза, соответствующая альдозо-глицеральдегидам, представляет собой симметричную молекулу без стереоцентров. Назначение D или L осуществляется в соответствии с ориентацией асимметричного углерода, наиболее удаленного от карбонильной группы: в стандартной проекции Фишера, если гидроксильная группа находится справа, молекула представляет собой сахар D, в противном случае - сахар L. Префиксы «D-» и «L-» не следует путать с «d-» или «l-», которые указывают направление, в котором сахар вращает плоско- поляризованный свет . Такое использование «d-» и «l-» больше не используется в химии углеводов.

Кольцо-изомерия прямой цепи

Глюкоза может существовать как в линейной, так и в кольцевой форме.

Альдегидная или кетонная группа моносахарида с прямой цепью будет обратимо реагировать с гидроксильной группой на другом атоме углерода с образованием полуацеталя или гемикеталя , образуя гетероциклическое кольцо с кислородным мостиком между двумя атомами углерода. Кольца с пятью и шестью атомами называются формами фуранозы и пиранозы , соответственно, и существуют в равновесии с формой с прямой цепью.

Во время преобразования из формы с прямой цепью в циклическую форму атом углерода, содержащий карбонильный кислород, называемый аномерным углеродом , становится стереогенным центром с двумя возможными конфигурациями: атом кислорода может занимать положение либо выше, либо ниже плоскости кольцо. Образовавшаяся возможная пара стереоизомеров называется аномерами . В α-аномере заместитель -OH на аномерном атоме углерода находится на противоположной стороне ( транс ) кольца от боковой ветви CH 2 OH. Альтернативная форма, в которой заместитель CH 2 OH и аномерный гидроксил находятся на одной стороне (цис) плоскости кольца, называется β-аномером .

Использование в живых организмах

Моносахариды являются основным источником топлива для метаболизма , они используются как в качестве источника энергии ( глюкоза является наиболее важным в природе), так и в биосинтезе . Когда моносахариды не нужны сразу многим клеткам, они часто превращаются в более компактные формы, часто в полисахариды . У многих животных, включая людей, этой формой хранения является гликоген , особенно в клетках печени и мышц. В растениях с той же целью используется крахмал . Самый распространенный углевод, целлюлоза , является структурным компонентом клеточной стенки растений и многих форм водорослей. Рибоза - компонент РНК . Дезоксирибоза - компонент ДНК . Ликсоза - это компонент ликсофлавина, который содержится в сердце человека. Рибулоза и ксилулоза участвуют в пентозофосфатном пути . Галактозы , компонент молочного сахара лактозы , содержатся в галактолипидах в клеточных мембранах растений и гликопротеинах во многих тканях . Манноза участвует в метаболизме человека, особенно при гликозилировании некоторых белков. Фруктоза , или фруктовый сахар, содержится во многих растениях и людях, метаболизируется в печени, всасывается непосредственно в кишечнике во время пищеварения и обнаруживается в сперме . Трегалоза , основной сахар насекомых, быстро гидролизуется до двух молекул глюкозы, чтобы поддерживать непрерывный полет.

Дисахариды

Сахароза , также известная как столовый сахар, является распространенным дисахаридом. Он состоит из двух моносахаридов: D-глюкозы (слева) и D-фруктозы (справа).

Два соединенных моносахарида называются дисахаридом, и это самые простые полисахариды. Примеры включают сахарозу и лактозу . Они состоят из двух моносахаридных единиц, связанных вместе ковалентной связью, известной как гликозидная связь, образованная в результате реакции дегидратации , что приводит к потере атома водорода у одного моносахарида и гидроксильной группы из другого. Формула немодифицированных дисахаридов представляют собой С 12 Н 22 O 11 . Хотя существует множество видов дисахаридов, некоторые из них особенно примечательны.

Сахароза , изображенная справа, является наиболее распространенным дисахаридом и основной формой, в которой углеводы транспортируются в растениях. Он состоит из одной молекулы D-глюкозы и одной молекулы D-фруктозы . Систематическое название сахарозы, О -α-D-glucopyranosyl- (1 → 2) -D-фруктофуранозид, указывает на то четыре вещи:

  • Его моносахариды: глюкоза и фруктоза.
  • Типы их колец: глюкоза - пираноза, фруктоза - фураноза.
  • Как они связаны друг с другом: кислород на углеродном номере 1 (C1) α-D-глюкозы связан с C2 D-фруктозы.
  • -Oside суффикс указывает на то, что аномерная углерода обоих моносахаридов участвует в гликозидной связи.

Лактоза , дисахарид, состоящий из одной молекулы D-галактозы и одной молекулы D-глюкозы , естественным образом встречается в молоке млекопитающих. Систематическое название для лактозы O -β-D-галактопиранозил- (1 → 4) -D-глюкопиранозы. Другие известные дисахариды включают мальтозу (две связанные D-глюкозы α-1,4) и целлулобиозу (две связанные D-глюкозы β-1,4). Дисахариды можно разделить на два типа: восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Если функциональная группа присутствует в связи с другим сахарным звеном, это называется восстанавливающим дисахаридом или биозой.

Питание

Зерновые продукты: богатые источники углеводов

Углеводы, потребляемые с пищей, дают 3,87 килокалорий энергии на грамм для простых сахаров и от 3,57 до 4,12 килокалорий на грамм для сложных углеводов в большинстве других продуктов. Относительно высокий уровень углеводов связан с обработанными пищевыми продуктами или рафинированными продуктами, приготовленными из растений, включая сладости, печенье и конфеты, столовый сахар, мед, безалкогольные напитки, хлеб и крекеры, джемы и фруктовые продукты, макаронные изделия и сухие завтраки. Меньшее количество углеводов обычно связано с неочищенными продуктами, включая бобы, клубни, рис и неочищенные фрукты. Продукты животного происхождения обычно имеют самый низкий уровень углеводов, хотя молоко действительно содержит высокую долю лактозы .

Организмы обычно не могут метаболизировать все виды углеводов для получения энергии. Глюкоза - почти универсальный и доступный источник энергии. Многие организмы также обладают способностью метаболизировать другие моносахариды и дисахариды, но глюкоза часто метаболизируется первой. У Escherichia coli , например, lac-оперон будет экспрессировать ферменты для переваривания лактозы, когда он присутствует, но если присутствуют и лактоза, и глюкоза, lac- оперон подавляется, в результате чего сначала используется глюкоза (см. Diauxie ). Полисахариды также являются обычными источниками энергии. Многие организмы могут легко расщеплять крахмал до глюкозы; однако большинство организмов не может метаболизировать целлюлозу или другие полисахариды, такие как хитин и арабиноксиланы . Эти типы углеводов могут метаболизироваться некоторыми бактериями и простейшими. Например, жвачные животные и термиты используют микроорганизмы для обработки целлюлозы. Несмотря на то, что эти сложные углеводы плохо усваиваются, они представляют собой важный элемент питания человека, называемый пищевыми волокнами . Клетчатка, помимо других преимуществ, улучшает пищеварение.

Институт медицины рекомендует американские и канадские взрослые получают от 45 до 65% от калорийности рациона из цельного зерна углеводов. Продовольственная и сельскохозяйственная организация и Всемирная организация здравоохранения совместно рекомендуем национальные диетические рекомендации поставили перед собой целью 55-75% от общего объема энергии из углеводов, но только 10% непосредственно из сахара (их термин для простых углеводов). В Кокрановском систематическом обзоре 2017 года сделан вывод о недостаточности доказательств, подтверждающих утверждение о том, что цельнозерновые диеты могут влиять на сердечно-сосудистые заболевания.

Классификация

Диетологи часто называют углеводы простыми или сложными. Однако точное различие между этими группами может быть неоднозначным. Термин комплексный углевод был впервые использован в публикации Специального комитета Сената США по питанию и человеческим потребностям « Диетические цели для Соединенных Штатов» (1977 г.), где он был предназначен для отделения сахаров от других углеводов (которые считались более питательными). Тем не менее, отчет помещает «фрукты, овощи и цельнозерновые продукты» в столбец сложных углеводов, несмотря на то, что они могут содержать как сахара, так и полисахариды. Эта путаница сохраняется, поскольку сегодня некоторые диетологи используют термин сложный углевод для обозначения любого вида усваиваемого сахарида, присутствующего в цельной пище, где также содержатся клетчатка, витамины и минералы (в отличие от переработанных углеводов, которые обеспечивают энергию, но мало других питательных веществ). . Однако стандартное применение - химическая классификация углеводов: простые, если они представляют собой сахара ( моносахариды и дисахариды ), и сложные, если они являются полисахаридами (или олигосахаридами ).

В любом случае, различие между простыми и сложными химическими веществами не имеет большого значения для определения питательной ценности углеводов. Некоторые простые углеводы (например, фруктоза ) быстро повышают уровень глюкозы в крови, а некоторые сложные углеводы (крахмалы) медленно повышают уровень сахара в крови. Скорость пищеварения определяется множеством факторов, включая то, какие другие питательные вещества потребляются с углеводом, способ приготовления пищи, индивидуальные различия в обмене веществ и химический состав углеводов. Углеводы иногда делятся на «доступные углеводы», которые всасываются в тонком кишечнике, и «недоступные углеводы», которые попадают в толстый кишечник , где они подвергаются ферментации желудочно-кишечной микробиотой .

В рекомендациях Министерства сельского хозяйства США по питанию для американцев на 2010 год содержится призыв к умеренному и высокому уровню углеводов в сбалансированной диете, которая включает шесть порций зерновых продуктов по 30 граммов каждый день, по крайней мере половина из цельнозерновых источников, а остальная - из обогащенных .

Гликемический индекс (Г) и гликемическая нагрузка концепция были разработаны , чтобы охарактеризовать поведение пищи во время пищеварения человека. Они ранжируют продукты, богатые углеводами, в зависимости от скорости и величины их воздействия на уровень глюкозы в крови. Гликемический индекс - это показатель того, насколько быстро пищевая глюкоза усваивается, в то время как гликемическая нагрузка - это мера общей усвояемой глюкозы в пище. Индекс инсулина - это аналогичный, более свежий метод классификации, который ранжирует продукты на основе их влияния на уровень инсулина в крови, который вызван глюкозой (или крахмалом) и некоторыми аминокислотами в пище.

Влияние на здоровье ограничения углеводов в пище

Низкоуглеводные диеты могут упускать из виду преимущества для здоровья, такие как повышенное потребление пищевых волокон, обеспечиваемые высококачественными углеводами, содержащимися в бобовых и бобовых , цельнозерновых , фруктах и ​​овощах. Недостатки диеты могут включать неприятный запах изо рта , головную боль и запор , и в целом потенциальные побочные эффекты диет с ограничением углеводов недостаточно изучены, особенно в отношении возможных рисков остеопороза и заболеваемости раком.

Диеты с ограничением углеводов могут быть столь же эффективными, как и диеты с низким содержанием жиров, в плане снижения веса в краткосрочной перспективе, когда общее потребление калорий снижается. В научном заявлении эндокринного общества говорится, что «когда потребление калорий остается постоянным, [...] на накопление жира не влияют даже очень выраженные изменения количества жира по сравнению с углеводами в рационе». В долгосрочной перспективе эффективное снижение или поддержание веса зависит от ограничения калорий , а не от соотношения макроэлементов в диете. Рассуждения о диете, утверждающие, что углеводы вызывают чрезмерное накопление жира за счет повышения уровня инсулина в крови, и что низкоуглеводные диеты обладают «метаболическим преимуществом», не подтверждаются клиническими данными . Кроме того, неясно, как низкоуглеводная диета влияет на здоровье сердечно-сосудистой системы , хотя два обзора показали, что ограничение углеводов может улучшить липидные маркеры риска сердечно-сосудистых заболеваний .

Диеты с ограничением углеводов не более эффективны, чем обычная здоровая диета в предотвращении развития диабета 2 типа , но для людей с диабетом 2 типа они являются жизнеспособным вариантом для похудания или помощи в контроле гликемии . Имеются ограниченные доказательства в поддержку рутинного использования низкоуглеводной диеты для лечения диабета 1 типа . Американская диабетическая ассоциация рекомендует людям с диабетом следует принимать , как правило здорового питания, а не диета сосредоточена на углеводов или других макроэлементов.

Крайняя форма низкоуглеводной диеты - кетогенная диета - считается лечебной диетой для лечения эпилепсии . Благодаря одобрению знаменитостей в начале 21 века, эта диета стала модным средством похудания, но с риском нежелательных побочных эффектов , таких как низкий уровень энергии и повышенный голод, бессонница , тошнота и желудочно-кишечный дискомфорт. Диетическая Британская ассоциация назвала его одним из «лучших 5 худшей CELEB диеты , чтобы избежать в 2018 году».

Метаболизм

Углеводный обмен означает различные биохимические процессы, ответственные за образование , расщепление и взаимное превращение углеводов в живых организмах .

Самый важный углевод - это глюкоза , простой сахар ( моносахарид ), который метаболизируется почти всеми известными организмами. Глюкоза и другие углеводы являются частью широкого спектра метаболических путей у разных видов: растения синтезируют углеводы из углекислого газа и воды путем фотосинтеза, сохраняя поглощенную энергию внутри, часто в форме крахмала или липидов . Компоненты растений потребляются животными и грибами и используются в качестве топлива для клеточного дыхания . Окисление одного грамма углеводов дает около 16 кДж (4 ккал) энергии , а окисление одного грамма липидов дает около 38 кДж (9 ккал). Человеческое тело хранит от 300 до 500 г углеводов в зависимости от веса тела, при этом скелетные мышцы составляют значительную часть этих запасов. Энергия, полученная в результате метаболизма (например, окисления глюкозы), обычно временно хранится в клетках в форме АТФ . Организмы, способные к анаэробному и аэробному дыханию, метаболизируют глюкозу и кислород (аэробно) с выделением энергии с двуокисью углерода и водой в качестве побочных продуктов.

Катаболизм

Катаболизм - это метаболическая реакция, которую клетки подвергают разрушению более крупных молекул с извлечением энергии. Есть два основных метаболических пути катаболизма моносахаридов : гликолиз и цикл лимонной кислоты .

При гликолизе олиго- и полисахариды сначала расщепляются на более мелкие моносахариды ферментами, называемыми гликозидгидролазами . Затем моносахаридные единицы могут вступать в катаболизм моносахаридов. На ранних этапах гликолиза требуется вложение 2 АТФ для фосфорилирования глюкозы до глюкозо-6-фосфата ( G6P ) и фруктозо-6-фосфата ( F6P ) до фруктозо-1,6-бифосфата ( FBP ), тем самым необратимо продвигая реакцию. В некоторых случаях, как в случае с людьми, не все типы углеводов можно использовать, поскольку необходимые пищеварительные и метаболические ферменты отсутствуют.

Углеводная химия

Химия углеводов - крупная и экономически важная отрасль органической химии. Некоторые из основных органических реакций с участием углеводов:

Смотрите также

Ссылки

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Углеводы — сахариды - Справочник химика 21

    Ферментативный гидролиз углеводов (сахаридов, крахмала, древесины)  [c.216]

    Назв Углеводы, сахариды, сахара. Кл [c.264]

    Сахароподобные сложные углеводы иначе называют олигосахаридами-, они имеют сладкий вкус, растворяются в воде, образуя истинные растворы, при гидролизе распадаются на небольшое число молекул моносахаридов. Из них наиболее важны дисахариды, образованные двумя молекулами моносахаридов. Возможны три-сахариды, образованные тремя молекулами моносахаридов, и т. д. [c.221]


    Углеводы или сахариды — природные соединения, структура которых может быть, как правило, выражена общей формулой С,1(Н20) 1. Углеводы удобно разделять на два больших класса 1) мономеры, т. е. простые сахара или моносахариды 2) очень сложные полимеры этих простых сахаров, называемые полисахаридами, например крахмал, целлюлоза, декстрин, гликоген. [c.420]

    Сахар или сахарид. Любой углевод независимо от его сложности. Простыми сахарами обычпо называют моносахариды. Однако не всякий сахар сладок  [c.449]

    Растворение углеводов в воде и в некоторых неводных и смешанных водно-органических растворителях инициирует их способность к мутаротации - переходу одной аномерной формы в другую. Если растворить чистый а- или Р-аномер, то через определенный промежуток времени в растворе установится равновесие между двумя аномерными формами с преобладанием наиболее характерной для данного сахарида. [c.68]

    В исследованиях мутаротации углеводов в растворах большое внимание уделяется кинетике процесса и установлению аномерного состава растворенного сахарида. [c.70]

    Не менее важна проблема выяснения роли, которую играет структура растворителя в конформациях и реакционной способности молекул сахаридов. Причем наиболее интересным и существенным является установление влияния структуры воды на биологические функции углеводов. [c.76]

    Расстояние между атомами кислорода экваториальных ОН-групп составляет 0,485 нм, и оно практически точно соответствует положению второго максимума радиальной функции распределения жидкой воды (-0,49 нм). Такое стерическое соответствие и позволило прийти к заключению, что молекулы многих сахаридов, имеющих достаточное число еОН-групп, могут точно размещаться в квазикристаллической водной матрице. При этом водородные связи вода-вода замещаются связями сахарид-вода. В дополнение к этому необходимо привести чрезвычайно интересный факт, заключающийся в том, что критическое расстояние кислород-кислород -0,49 нм является характерным для большинства биологических молекул [29]. Стерическая комплементарность молекул углеводов (и молекул других биологически важных веществ) и трехмерной упорядоченности жидкой воды, по-видимому, дает возможность этому растворителю играть столь важную роль в жизненно важных процессах. [c.78]


    Составная ч сть приведенных выше названий — сахариды — связана с ранее широко употреблявшимся обш,им названием углеводов — сахара. [c.378]

    УГЛЕВОДЫ И САХАРА (САХАРИДЫ) [c.299]

    Во многих случаях, например при получении производных сахаров, взаимодействие нескольких функциональных групп приводит к результатам, значительно отличающимся от результатов реакций монофункциональных соединений. Хорошим примером такого различия может служить получение производных сахаридов действием на них фенилгидразина. При этом образуются не фенилгидразоны, а озазоны, что резко отличает углеводы от простых карбонильных соединений (опыт 8). [c.300]

    По данным работы [33], ири бисульфитной варке еловой древесины около 9,5% растворенных углеводов в результате окисления образовали альдоновые кислоты, а около 10% — летучие продукты. Отмечено, что арабиноза и галактоза окисляются в большей стеиени, чем другие сахариды. [c.292]

    Простейшие представители углеводов - сахара, или сахариды, а среди них - глюкоза. Глюкоза служит примером моносахарида. Это означает, что она не может быть гидролизована в менее крупные фрагменты. Дисахариды, трисахариды и олигосахариды отличаются тем, что дают при гидролизе соответственно две, три или до восьми молекул моносахаридов. Полисахариды являются полимерами, в которых число мономерных звеньев превышает восемь. В природных полисахаридах насчитывается до 1000-3000 моносахаридных остатков. [c.473]

    Гликоген, запасный полисахарид животных, накапливающийся в печени, мышечных тканях, имеет молекулярную массу 1-15 млн и очень напоминает по строению амилопектин, но более разветвлен Разветвления, построенные по 1-6 типам, повторяются через каждые 8-16 остатков глюкозы Гликоген запасается в тканях в ограниченном количестве (50-60 г на 1 кг ткани) По достижении этого предела г

Использование, польза для здоровья и риски

Углеводы или сахариды являются биомолекулами. Четыре основных класса биомолекул - это углеводы, белки, нуклеотиды и липиды. Углеводы - самые распространенные из четырех.

Углеводы, также известные как углеводы, выполняют несколько функций в живых организмах, включая перенос энергии. Они также являются структурными компонентами растений и насекомых.

Углеводные производные участвуют в репродукции, иммунной системе, развитии болезней и свертывании крови.

Краткие сведения об углеводах

  • «Сахарид» - это другое слово, обозначающее «углевод».
  • К продуктам с высоким содержанием углеводов относятся хлеб, макаронные изделия, бобы, картофель, рис и крупы.
  • Один грамм углеводов содержит около 4 килокалорий
  • Углеводы с высоким гликемическим индексом (ГИ) быстро попадают в кровоток в виде глюкозы
  • Переход на диету с низким ГИ увеличивает шансы на здоровый вес и образ жизни

Углеводы, также известные сахариды или углеводы - это сахара или крахмалы.Они являются основным источником пищи и ключевой формой энергии для большинства организмов.

Они состоят из атомов углерода, водорода и кислорода.

Углеводы составляют два основных соединения:

Альдегиды : это атомы углерода и кислорода с двойной связью, а также атом водорода.

Кетоны : это атомы углерода и кислорода с двойной связью, а также два дополнительных атома углерода.

Углеводы могут объединяться в полимеры или цепочки.

Эти полимеры могут функционировать как:

  • молекулы длительного хранения пищи
  • защитные мембраны для организмов и клеток
  • основная структурная поддержка растений

Большинство органических веществ на Земле состоит из углеводов.Они вовлечены во многие аспекты жизни.

Есть разные типы углеводов. Они включают моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Это наименьшая возможная сахарная единица. Примеры включают глюкозу, галактозу или фруктозу. Глюкоза - основной источник энергии для клетки. «Сахар в крови» означает «глюкоза в крови».

В питании человека к ним относятся:

  • галактоза, наиболее доступная в молоке и молочных продуктах
  • фруктоза, в основном в овощах и фруктах

Дисахариды

Дисахариды представляют собой две связанные вместе моносахаридные молекулы, например, лактозу, мальтоза и сахароза.

При связывании одной молекулы глюкозы с молекулой галактозы образуется лактоза. Лактоза обычно содержится в молоке.

При связывании одной молекулы глюкозы с молекулой фруктозы образуется молекула сахарозы.

Сахароза содержится в столовом сахаре. Это часто является результатом фотосинтеза, когда солнечный свет, поглощаемый хлорофиллом, вступает в реакцию с другими соединениями растений.

Полисахариды

Различные полисахариды действуют как запасы пищи у растений и животных. Они также играют структурную роль в клеточной стенке растений и прочном внешнем скелете насекомых.

Полисахариды представляют собой цепочку из двух или более моносахаридов.

Цепь может быть:

  • разветвленной, так что молекула выглядит как дерево с ветвями и веточками
  • неразветвленная, где молекула представляет собой прямую линию

Цепи молекул полисахаридов могут состоять из сотен или тысяч моносахаридов.

Гликоген - это полисахарид, который люди и животные хранят в печени и мышцах.

Крахмалы - это полимеры глюкозы, состоящие из амилозы и амилопектина.Богатые источники включают картофель, рис и пшеницу. Крахмал не растворяется в воде. Люди и животные переваривают их с помощью ферментов амилазы.

Целлюлоза - одна из основных структурных составляющих растений. Дерево, бумага и хлопок в основном состоят из целлюлозы.

Возможно, вы слышали о простых и сложных углеводах.

Моносахариды и дисахариды - это простые углеводы, а полисахариды - сложные.

Простые углеводы - это сахара.Они состоят всего из одной или двух молекул и являются быстрым источником энергии, но вскоре потребитель снова чувствует голод. Примеры включают белый хлеб, сахар и конфеты.

Сложные углеводы состоят из длинных цепочек молекул сахара. Цельнозерновые продукты и продукты, содержащие клетчатку, являются сложными углеводами. Они дольше насытят и считаются более полезными для здоровья, поскольку содержат больше витаминов, минералов и клетчатки. Примеры включают фрукты, овощи, бобовые и макароны из непросеянной муки.

Хлеб, макаронные изделия, бобы, картофель, отруби, рис и крупы - это продукты, богатые углеводами. Большинство продуктов, богатых углеводами, имеют высокое содержание крахмала. Углеводы - самый распространенный источник энергии для большинства организмов, включая человека.

При необходимости мы могли бы получать всю свою энергию из жиров и белков. Один грамм углеводов содержит примерно 4 килокалории (ккал), столько же, сколько и белок. Один грамм жира содержит около 9 ккал.

Однако углеводы имеют и другие важные функции:

  • мозгу нужны углеводы, в частности глюкоза, потому что нейроны не могут сжигать жир
  • пищевые волокна состоят из полисахаридов, которые наш организм не переваривает

Соединенные Штаты (U.S.) Диетические рекомендации на 2015-2020 годы рекомендуют получать от 45 до 65 процентов потребности в энергии из углеводов, и максимум 10 процентов должны поступать из простых углеводов, другими словами, глюкозы и простых сахаров.

Каждые пару десятилетий происходит какой-то «прорыв», и людям советуют «избегать всех жиров» или «избегать углеводов».

Углеводы были и останутся важной частью любого пищевого рациона человека.

Углеводы и ожирение

Некоторые утверждают, что глобальный рост ожирения связан с высоким потреблением углеводов.Однако ряд факторов способствуют возникновению этой проблемы:

К ним относятся:

  • снижение физической активности
  • более высокое потребление нездоровой пищи
  • более высокое потребление пищевых добавок, таких как красители, усилители вкуса и искусственные эмульгаторы
  • меньше часов сна каждую ночь
  • рост уровня жизни

Стресс также может быть фактором. Одно исследование показало, что молекула нейропептида Y (NPY), которую организм высвобождает при стрессе, может «разблокировать» рецепторы Y2 в жировых клетках тела, стимулируя рост клеток в размерах и количестве.

В быстро развивающихся странах, таких как Китай, Индия, Бразилия и Мексика, наблюдается рост ожирения по мере изменения уровня жизни и диетических привычек.

Когда эти группы населения были худыми, их диеты были более углеводными, чем сейчас. Они также потребляли больше натуральных продуктов и меньше вредной пищи, были более физически активными и дольше спали каждую ночь.

А как насчет диетического питания?

Многие сторонники диет с высоким или низким содержанием углеводов продвигают фирменные и переработанные продукты в качестве средств для похудания, таких как питательные батончики и порошки.Они часто содержат красители, искусственные подсластители, эмульгаторы и другие добавки, похожие на нездоровую пищу.

Если потребители этих продуктов останутся физически неактивными, они могут заметить временную потерю веса, но когда они выйдут из диеты, вес вернется.

Когда человек потребляет углеводы, пищеварительная система расщепляет часть из них до глюкозы. Эта глюкоза попадает в кровь и повышает уровень сахара в крови или глюкозы. Когда уровень глюкозы в крови повышается, бета-клетки поджелудочной железы выделяют инсулин.

Инсулин - это гормон, который заставляет наши клетки поглощать сахар в крови для получения энергии или хранения. Когда клетки поглощают сахар в крови, уровень сахара в крови начинает падать.

Когда уровень сахара в крови опускается ниже определенного уровня, альфа-клетки поджелудочной железы выделяют глюкагон. Глюкагон - это гормон, который заставляет печень выделять гликоген, сахар, хранящийся в печени.

Короче говоря, инсулин и глюкагон помогают поддерживать нормальный уровень глюкозы в крови в клетках, особенно в клетках мозга. Инсулин снижает избыточный уровень глюкозы в крови, а глюкагон возвращает его обратно, когда он слишком низкий.

Если уровень глюкозы в крови повышается слишком быстро, слишком часто, клетки в конечном итоге могут выйти из строя и не реагировать должным образом на инструкции инсулина. Со временем клеткам требуется больше инсулина для реакции. Мы называем это инсулинорезистентностью.

После многих лет выработки высоких уровней инсулина бета-клетки поджелудочной железы могут изнашиваться. Производство инсулина падает. Со временем это может вообще прекратиться.

Эффекты инсулинорезистентности

Инсулинорезистентность может привести к широкому спектру проблем со здоровьем, в том числе:

Это известно как метаболический синдром, и он связан с диабетом 2 типа.

Снижение риска метаболического синдрома

Долгосрочный контроль уровня сахара в крови снижает шансы развития метаболического синдрома.

Способы сделать это включают:

  • употребление натуральных углеводов
  • хороший сон
  • регулярные упражнения

Углеводы во фруктах и ​​овощах, бобовых, цельнозерновых и т. Д., Как правило, попадают в кровоток медленнее по сравнению с с углеводами в обработанных пищевых продуктах.

Углеводы в нездоровой и обработанной пище и напитках могут вызвать у человека более быстрое чувство голода, поскольку они вызывают быстрый скачок выработки глюкозы и инсулина.Натуральные продукты, содержащие углеводы, с меньшей вероятностью сделают это.

Так называемая средиземноморская диета с высоким содержанием углеводов из естественных источников плюс умеренное количество животного или рыбного белка.

Это оказывает меньшее влияние на потребность в инсулине и последующие проблемы со здоровьем по сравнению со стандартной американской диетой.

Углеводы необходимы для хорошего здоровья. Те, которые поступают из натуральных, необработанных продуктов, таких как фрукты, овощи, бобовые, цельнозерновые и некоторые злаки, также содержат необходимые витамины, минералы, клетчатку и ключевые фитонутриенты.

Углеводы, которые быстро повышают уровень сахара в крови, имеют высокий гликемический индекс (GI), в то время как те, которые более мягко влияют на уровень сахара в крови, имеют более низкий показатель GI.

Углеводы попадают в кровоток в виде глюкозы с разной скоростью.

  • Углеводы с высоким ГИ поступают в кровоток быстро, как и глюкоза
  • Углеводы с низким ГИ поступают медленно, потому что им требуется больше времени на переваривание и расщепление

В долгосрочной перспективе продукты с низким ГИ вместе с упражнения и регулярный сон лучше для поддержания здоровья и веса.

Углеводы с низким ГИ связаны с:

  • меньшим набором веса
  • лучшим контролем диабета и уровнем сахара в крови
  • более здоровым уровнем холестерина в крови
  • меньшим риском сердечных заболеваний
  • лучшим контролем аппетита
  • повышением физической выносливости

Одним из факторов, повышающих показатель GI продукта, является процесс измельчения и измельчения, в результате которого часто остается только крахмалистый эндосперм или внутренняя часть семени или зерна.В основном это крахмал.

Этот процесс также удаляет другие питательные вещества, такие как минералы, витамины и пищевые волокна.

Чтобы придерживаться диеты с низким ГИ, ешьте больше нерафинированных продуктов, таких как:

  • овес, ячмень или отруби на завтрак, чем менее рафинированный, тем лучше
  • цельнозерновой хлеб
  • коричневый рис
  • много свежих фруктов и овощи
  • свежие, цельные фрукты вместо сока
  • цельнозерновые макароны
  • салаты и сырые овощи

Следует избегать нездоровой пищи, полуфабрикатов и продуктов со слишком большим количеством добавок.

Нам нужны углеводы для здоровья, но они должны быть правильного вида.

Соблюдение хорошо сбалансированной диеты, включающей необработанные углеводы, а также достаточный сон и физическая активность с большей вероятностью приведут к хорошему здоровью и соответствующей массе тела, чем сосредоточение внимания на конкретном питательном веществе или его исключение.

.

Что такое углеводы? (с иллюстрациями)

Углеводы или сахаридов, - это сахара и крахмалы, которые обеспечивают энергией людей и животных, а также целлюлозу, из которой состоят многие структуры растений. «Углеводы», как их теперь обычно называют, стали одновременно и благословением, и проклятием, поскольку процесс производства современных продуктов питания изменил способ их потребления. Существует два типа углеводов: простых или моносахаридов и сложных или полисахаридов .

Антипасти часто сопровождается хлебом.
Виды углеводов

Простые углеводы, содержащиеся во фруктах и ​​молочных продуктах, легче усваиваются организмом.Организм расщепляет простые углеводы для получения энергии, которая расходуется очень быстро. Они также часто встречаются в обработанных и рафинированных продуктах, таких как белый сахар, макаронные изделия и белый хлеб.

Конфеты содержат простые углеводы.

Другой тип углеводов, называемый сложными углеводами, переваривается дольше и чаще всего содержится в овощах (целлюлоза), цельнозерновом хлебе и макаронах, коричневом рисе и бобовых. Продукты с неочищенными зернами, такие как коричневый рис, содержат сложные углеводы, в отличие от очищенных зерен, таких как белый рис. Это связано с тем, что в процессе очистки удаляется часть клетчатки и питательных веществ зерна. Употребление порции цельнозерновых хлопьев, таких как овсянка, наполнит вас и даст вам более продолжительную энергию, чем миска сладких хлопьев, из-за того, как организм перерабатывает и использует углеводы.

Паста обычно богата сложными углеводами.
Как перерабатываются углеводы

Печень переваривает углеводы, расщепляя их на простые сахара или глюкозу, которая стимулирует выработку инсулина в поджелудочной железе.Инсулин действует, чтобы доставить сахар в клетки организма, чтобы использовать его в качестве энергии. Два разных типа углеводов по-разному влияют на выработку инсулина - при переваривании простых углеводов уровень инсулина повышается быстрее, а углеводы быстрее расходуются для получения энергии. Это объясняет, почему многие, кто обращается к шоколадному батончику за быстрым запасом энергии, обнаруживают, что уровень их энергии резко падает, когда «сахарный пик» подходит к концу. Сложные углеводы перевариваются дольше, что приводит к более длительному накоплению энергии и меньшей реакции на инсулин в организме.

Овсяное печенье и другие закуски часто содержат много углеводов.

Если организм производит слишком много глюкозы, она будет храниться в печени и мышечных клетках в виде гликогена, который будет использоваться, когда организму потребуется дополнительный прилив энергии.Любой оставшийся гликоген, который не хранится в печени и мышечных клетках, сохраняется в виде жира. Организм использует незамедлительный запас гликогена для коротких тренировок. При длительных упражнениях, таких как бег на длинные дистанции и более напряженные тренировки, тело будет использовать свой жировой запас, чтобы получить дополнительную энергию.

Белый рис богат простыми углеводами.
Есть углеводы

Определенное количество углеводов необходимо для правильного функционирования, а недостаточное потребление может вызвать усталость, мышечные судороги и нарушение умственной деятельности. Хотя углеводы являются важной частью нашего рациона, организм может производить энергию только из жиров и белков; Хотя это может происходить в течение коротких периодов времени, отказ от всех углеводов пагубно повлияет на организм.Многие низкоуглеводные диеты рекламируются как здоровые, но если довести их до крайности, они могут быть очень опасными для общего благополучия. Употребляйте умеренное количество углеводов типа правильных , чтобы поддерживать организм в надлежащем состоянии.

Картофель с высоким содержанием углеводов.

Рекомендация Института медицины предполагает, что 40-65% «пищевой энергии» взрослого человека должно поступать из углеводов, в то время как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует 55-75%. ВОЗ также рекомендует, чтобы не более 10% потребляемых углеводов приходилось на простые углеводы.

Пицца считается высокоуглеводной пищей..

Принципы биохимии / углеводы: моносахариды, дисахариды и полисахариды

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Принципы биохимии / углеводы: моносахариды, дисахариды и полисахариды в одном из родственных проектов Wikibooks: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может быть еще не видна из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , за исключением первого символа; пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления здесь к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Глава 5. Углеводы 1

Глава 5. Углеводы 1



1. ВВЕДЕНИЕ
2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХИМИЯ
3. УГЛЕВОДНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ В РЫБЕ
4. ССЫЛКИ


K. W. Chow
Продовольственная и сельскохозяйственная организация
Рим, Италия

Дж. Э. Халвер
Вашингтонский университет
Сиэтл, Вашингтон

1/ Лекцию прочитал Дж.Э. Халвер

Углеводы представляют собой широкую группу веществ, в которую входят сахара, крахмалы, камеди и целлюлозы. Общие свойства углеводов заключаются в том, что они содержат только элементы углерод, водород и кислород, и что при их сгорании образуется двуокись углерода плюс одна или несколько молекул воды.

Самыми простыми углеводами являются трехуглеродные сахара, которые играют важную роль в промежуточном метаболизме, а самыми сложными являются природные полисахариды, в основном растительного происхождения.В рационе животных и рыбы значимы два класса полисахаридов:

(а) структурные полисахариды, усваиваемые травоядными видами: целлюлоза, лигнин, декстраны, маннаны, инулин, пентозаны, пектиновые кислоты, альгиновые кислоты, агар и хитин; а также

(б) универсально усваиваемые полисахариды - в основном крахмал.

Углеводы составляют три четверти биомассы растений, но присутствуют в организме животных лишь в небольших количествах в виде гликогена, сахаров и их производных.Гликоген часто называют животным крахмалом, поскольку он отсутствует в растениях. Производные моносахариды, такие как сахарные кислоты, аминосахары и дезоксисахары, являются составными частями всех живых организмов.


2.1 Пентозы
2.2 Гексозы
2.3 Дисахариды
2.4 Олигосахариды
2.5 Полисахариды


Углеводы обычно классифицируются по степени сложности. Следовательно, свободные сахара, такие как глюкоза и фруктоза, называются моносахаридами; сахароза и мальтоза, дисахариды; а также крахмалы и целлюлозы, полисахариды.Углеводы с короткими цепями, такие как рафиноза, стахиоза и вербаскоза, которые представляют собой три, четыре и пять полимеров сахаров соответственно, классифицируются как олигосахариды.

2,1 Пентозы

Пентозы - это пятиуглеродные сахара, редко встречающиеся в природе в свободном состоянии. У растений они встречаются в полимерных формах и все вместе известны как пентозаны. Таким образом, ксилоза и арабиноза входят в состав пентозанов, присутствующих в растительных волокнах и растительных камедях, соответственно. Поскольку сахарные фрагменты в нуклеиновых кислотах и ​​рибофлавине, рибоза и дезоксирибоза являются незаменимыми составляющими жизненного процесса.D-рибоза имеет следующую химическую структуру:

D-рибоза

2,2 Гексозы

Гексозы составляют большую группу сахаров. Основные из них: глюкоза, фруктоза, галактоза и манноза. В то время как глюкоза и фруктоза в природе свободны, галактоза и манноза встречаются только в комбинированной форме. Гексозы делятся на альдозы и кетозы в зависимости от того, имеют ли они альдегидные или кетоновые группы.Таким образом, глюкоза - это альдо-сахар, а фруктоза - кетосахар. Присутствие асимметричных центров во всех сахарах с тремя или более атомами углерода приводит к стереоизомерам. Галактоза и манноза являются стереоизомерами глюкозы, которая теоретически является только одним из 16 стереоизомеров. Поскольку кетогексозы имеют только три асимметричных центра, фруктоза является одним из восьми стереоизомеров. Химические конфигурации четырех упомянутых гексоз следующие:

D-глюкоза

D-галактоза

D-манноза

D-фруктоза

Общее явление, известное как мутаротация, наблюдается в различных пентозах и гексозах, а также в некоторых дисахаридах.Например, было установлено, что существуют два изомера D-глюкозы, следовательно, требуется дополнительный асимметричный центр в этом сахаре. Стало очевидно, что D-глюкоза и большинство других сахаров имеют циклическую структуру. Положение гидроксильной группы по отношению к кольцевому кислороду характеризует эту дополнительную конфигурацию модификации. По соглашению, расположение гидроксильной группы на атоме углерода 1 на той же стороне структуры, что и кислородное кольцо, описывает -модификацию; и расположение той же гидроксильной группы на противоположной стороне кольцевого кислорода описывает b-модификацию.

a -D-глюкоза

b -D-глюкоза

Карбогидразы, которые катализируют гидролиз гликозидных связей простых гликозидов, олигосахаридов и полисахаридов, часто проявляют специфичность в отношении конфигурации субстрата. Как мы увидим позже, специфичность ферментного гидролиза некоторых олигосахаридов помогает объяснить плохое использование этого класса углеводов в питании рыб.

Сахара, содержащие альдо- или кетогруппу, способны восстанавливать медь в щелочных растворах (раствор Фелинга) с образованием кирпично-красного цвета ионов одновалентной меди. Эти сахара называются восстанавливающими сахарами, и реакция, хотя и не специфична для восстанавливающих сахаров, может использоваться как для качественного, так и для количественного определения.

Глюкоза широко распространена в небольших количествах во фруктах, растительных соках и меде. Он коммерчески производится путем кислотного или ферментативного гидролиза зерновых и корневых крахмалов.Глюкоза представляет особый интерес для питания, поскольку она является конечным продуктом переваривания углеводов у всех нежвачных животных, включая рыбу.

Фруктоза - единственная важная кетогексоза, которая в свободном состоянии находится вместе с глюкозой в созревающих фруктах и ​​меде. В сочетании с глюкозой образует сахарозу. Фруктоза несколько слаще, чем сахароза, и ее в промышленных масштабах производят в возрастающих количествах в качестве подсластителя.

Галактоза содержится в молоке в сочетании с глюкозой.Он также присутствует в олигосахаридах растительного происхождения в сочетании с глюкозой и фруктозой.

Манноза присутствует в некоторых полисахаридах растений, которые собирательно называются маннанами.

2.3 Дисахариды

Дисахариды - это продукты конденсации двух молекул моносахаридов. Сахароза - это преобладающий дисахарид, встречающийся в свободной форме, и основное вещество сахарного тростника и сахарной свеклы. Также он образуется при прорастании семян бобовых.Другие распространенные дисахариды - мальтоза и лактоза. Мальтоза - это димер глюкозы, а лактоза - сополимер галактозы и глюкозы. Две молекулы глюкозы в мальтозе удерживаются вместе в гликозидной связи a -1,4, тогда как две гексозные составляющие галактозы связаны в положении b -1,4. В сахарозе глюкоза и фруктоза объединены в связь -1,2. Сокращенное название сахарозы - D-Glu- (a, 1® 2) -D-Fru.

a -Мальтоза

b -Лактоза

Сахароза

2.4 Олигосахариды

Олигосахариды рафиноза, стахиоза и вербаскоза присутствуют в значительных количествах в семенах бобовых. Рафиноза, которая является наиболее распространенной из трех, состоит из одной молекулы глюкозы, связанной с молекулой сахарозы в положении a -1,6. Его сокращенное химическое название - a -D-Gal (1® 6) -a - D -Glu - (1® 2) - b -D-Fru. Дальнейшее удлинение цепи на конце галактозы с другой молекулой галактозы приведет к образованию стахиозы. Все эти связи галактоза-галактоза находятся в положении a-l, 6, и переваривание этих олигосахаридов животными требует высокоспецифичного фермента, вырабатываемого не самими животными, а некоторыми бактериями, присутствующими в кишечнике животных.Постепенное исчезновение олигосахаридов из котелидонов семян бобовых во время прорастания является частью сложного процесса, начинающегося с поглощения воды семенами. Это поглощение влаги высвобождает гибберелловую кислоту, которая, в свою очередь, активирует ДНК в семенах, тем самым запуская жизненный цикл растения. ДНК направляет производство -галактозидазы, которая необходима для гидролиза этих олигосахаридов. Любое вмешательство в процесс транскрипции ДНК блокирует производство ферментов и будет подтверждено продолжающимся старением семян и сохранением олигосахаридов в семенных котелидонах.

2,5 Полисахариды

Полисахариды представляют собой большую группу сложных углеводов, которые являются продуктами конденсации неопределенного числа молекул сахара. Различные подгруппы довольно плохо определены, и нет согласия по их классификации. Большинство полисахаридов нерастворимы в воде. При гидролизе кислотами или ферментами они в конечном итоге дают составляющие их моносахариды.

Крахмал представляет собой высокомолекулярный полимер D-глюкозы и является основным резервным углеводом в растениях.Большинство крахмалов состоят из смеси двух типов полимеров, а именно; амилоза и амилопектин. Пропорция амилозы и амилопектина обычно составляет одну часть амилозы и три части амилопектина. Ферменты, способные катализировать гидролиз крахмала , присутствуют в пищеварительном секрете животных и рыб внутри их клеток. Α-амилазы, которые обнаруживаются практически во всех живых клетках, случайным образом расщепляют связи a -D- (1® 4) и в конечном итоге вызывают полное превращение молекулы крахмала в восстанавливающие сахара.Основные α-амилазы животного происхождения - это те, которые вырабатываются слюнной железой и поджелудочной железой. Крахмал нерастворим в воде и окрашивается йодом в синий цвет.

Гликоген - единственный сложный углевод животного происхождения. Он присутствует в ограниченных количествах в печени и мышцах и действует как легкодоступный источник энергии.

Декстрины представляют собой промежуточные соединения, образующиеся в результате неполного гидролиза или переваривания крахмала. Присутствие -D- (1® 6) связей в амилопектине и неспособность -амилазы расщеплять эти связи приводят к образованию низкомолекулярных углеводных сегментов, называемых предельными декстринами.На эти остатки действуют в первую очередь ацидофильные бактерии пищеварительного тракта.

Целлюлоза состоит из длинных цепей глюкозных единиц, удерживаемых вместе связями b -D- (1® 4). Ферменты, которые расщепляют эти связи, обычно не присутствуют в пищеварительном секрете животных и рыб, хотя считается, что некоторые виды моллюсков вырабатывают целлюлазу, фермент, катализирующий гидролиз целлюлозы. Микроорганизмы, продуцирующие целлюлазу, присутствующие в кишечнике травоядных животных и рыб, придают своим животным-хозяевам способность использовать в качестве пищи трудноусвояемую целлюлозу.

Другими широко распространенными сложными полисахаридами являются гемицеллюлозы и пентозаны. Гемицеллюлоза представляет собой группу углеводов, включая арабан, ксилан, некоторые гексозаны и полиурониды. Эти вещества, как правило, менее устойчивы к химической обработке и подвергаются некоторой степени ферментативному гидролизу во время нормальных пищеварительных процессов. Пентозаны представляют собой полимеры ксилозы или арабинозы в качестве компонентов структурного материала растений и растительных камедей, соответственно.


3.1 Пищеварение, абсорбция и хранение
3.2 Прочие факторы Влияние на метаболизм
3.3 Преобразование энергии


Большая часть углеводов, которые входят в рацион животных, включая рыбу, имеют растительное происхождение. Следовательно, хищные рыбы, такие как атлантический лосось и желтохвост японская, имеют мало углеводов. Действительно, эксперименты показали, что эти виды плохо приспособлены для обработки значительных количеств сырых углеводов в своем рационе.С другой стороны, всеядные животные, такие как карп и канальный сом, способны переваривать изрядное количество углеводов в своем рационе. Белый амур, травоядное животное, питается в основном вегетарианской диетой.

3.1 Пищеварение, абсорбция и хранение

Способность животных усваивать крахмал зависит от их способности вырабатывать амилазу. Было показано, что все виды рыб секретируют -амилазу. Также было продемонстрировано, что активность этого фермента была наибольшей у травоядных животных.У плотоядных, таких как радужная форель и морской окунь, амилаза в основном имеет панкреатическое происхождение, тогда как у травоядных этот фермент широко распространен по всему пищеварительному тракту. В Tilapia mossambica было показано, что поджелудочная железа является местом наибольшей активности амилазы, за которым следует верхний отдел кишечника. Хотя было показано, что переваривание крахмала и декстрина плотоядной радужной форелью постепенно снижается по мере того, как уровни углеводов превышают 20-процентный уровень, рыба может эффективно использовать до 60 процентов глюкозы, сахарозы или лактозы в рационе.Это демонстрирует, что вопреки более раннему мнению, плотоядные рыбы способны эффективно использовать простые углеводы в качестве основного источника энергии.

Кристаллическая структура крахмала, по-видимому, также влияет на его атаку амилазой, о чем свидетельствует двукратное увеличение содержания метаболизируемой энергии полностью приготовленной (желатинизированной) кукурузы при испытаниях кормления канальным сомом. Также было показано, что радужная форель имеет более высокую толерантность к углеводам (присутствующим в виде пшеничного крахмала) в рационе при приготовлении.Процесс желатинизации включает в себя тепло и воду. Если водную суспензию крахмала нагреть, гранулы не изменят внешний вид до тех пор, пока не будет достигнута определенная критическая температура. В этот момент некоторые гранулы крахмала набухают и одновременно теряют свою кристалличность. Критическая температура - это температура, при которой водородные связи молекулы крахмала ослабляются, чтобы обеспечить полную гидратацию, что приводит к явлению, известному как «набухание».

Альфа-амилаза способствует более или менее случайной фрагментации молекулы крахмала путем гидролиза по глюкозидным связям a -D- (l® 4) во внутренней и внешней цепях соединения.Результатом полного гидролиза амилозного компонента являются мальтоза и D-глюкоза, в то время как амилопектиновый компонент восстанавливается до мальтозы, D-глюкозы и разветвленных предельных декстринов. Вследствие этих паттернов действия α-амилазы на крахмал необходимы другие ферменты для полного гидролиза крахмала до D-глюкозы у рыб. В связи с этим было продемонстрировано, что даже плотоядный морской лещ обладает способностью переваривать мальтозу. С другой стороны, не было показано, что целлюлаза и -галактозидаза секретируются рыбами, хотя целлюлаза бактериального происхождения присутствует в кишечнике большинства видов карпов.Недостаток -галактозидазы может частично объяснить слабую реакцию рыбы на диетическую соевую муку, которая содержит значительные уровни галактозидных олигосахаридов рафинозы и стахиозы. Как указывалось ранее, эти олигосахариды подвергаются ферментативному гидролизу во время процесса прорастания с образованием галактозы и сахарозы. Следовательно, может показаться, что пищевая ценность соевого шрота будет увеличена, если основная часть этого неперевариваемого крахмала сначала будет преобразована. Этого можно достичь, замачивая бобы на 48 часов перед переработкой для производства муки.Следует также отметить, что питательная ценность зернобобовых и других семян бобовых также может быть улучшена для рыбы, поскольку олигосахариды составляют большую часть углеводов в семенах бобовых.

Данных о всасывании глюкозы рыбами немного. Работа с золотыми рыбками показала, что активный транспорт глюкозы связан с транспортом Na + , как и у большинства млекопитающих. Обычно считается, что абсорбция происходит на поверхности слизистой оболочки кишечных клеток. Моносахариды, образующиеся в результате переваривания углеводов, состоят в основном из глюкозы, фруктозы, галактозы, маннозы, ксилозы и арабинозы.Хотя скорость поглощения этих сахаров была определена для многих наземных млекопитающих, аналогичная информация для рыб отсутствует.

Глюкоза, по-видимому, не является лучшим источником энергии для рыбы по сравнению с белком или жиром, хотя легкоусвояемые углеводы экономят белок для построения тканей. Кроме того, в отличие от млекопитающих, гликоген не является значительным хранилищем энергии, несмотря на свидетельства активного и обратимого пути Эмдена-Мейерхоффа у рыб. Более эффективный метаболизм аминокислот по сравнению с глюкозой для получения энергии может быть связан со способностью рыб выводить азотистые отходы в виде аммиака из жабр без высоких затрат энергии на преобразование отходов в мочевину.

3.2 Другие факторы, влияющие на метаболизм

Помимо генетической адаптации, климатические факторы также играют важную роль в углеводном обмене у рыб. Акклиматизация рыб, по сути, отражает акклиматизацию ферментов, поскольку способность животного выживать во многом зависит от его способности выполнять нормальные метаболические функции. Некоторые ферменты метаболической акклиматизации хорошо компенсируются, а другие нет. Ферменты, связанные с высвобождением энергии (ферменты гликолиза, пентозного шунта, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов и окисления жирных кислот), демонстрируют температурную компенсацию, тогда как те ферменты, которые в основном связаны с деградацией продуктов метаболизма, демонстрируют плохую или обратную компенсацию (см. Таблицу 1). .

Таблица 1 Ферменты, подлежащие метаболической акклиматизации 1/

Ферменты с компенсацией

Ферменты с обратной компенсацией или без нее

фосфофруктокиназа

каталаза

альдолаза

пероксидаза

молочная дегидрогеназа

кислая фосфатаза

6-фосфоглюконатдегидрогеназа

оксидаза D-аминокислот

янтарная дегидрогеназа

Mg-ATP азе

яблочная дегидрогеназа

холинацетилтрансфераза

цитохромоксидаза

ацетилхолинэстераза

сукцинат-цитохром С редуктаза

щелочная фосфатаза

НАД-цитохром С редуктаза

аллантоиназа

аминоацилтрансфераза

уриказа

Na-K-АТФаза

амилаза

протеаза

липаза

яблочный фермент

глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

1/ Взято из: Сравнительная физиология животных, под редакцией К.Л. Проссер, 1973

Интересно отметить, что два ключевых фермента, участвующих в метаболизме углеводов, амилаза и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, вместе с ферментом, участвующим в переваривании жиров, липазой, не имеют температурной компенсации. Неизвестно, связано ли это каким-либо образом с прекращением кормления рыб при низких температурах. Молекулярный механизм термической акклиматизации недостаточно изучен и может состоять из изменений в синтезе или количествах данного фермента.Различия в кинетике, изменения в пропорции изоферментов, подходящих для определенных температур, и изменения кофакторов, таких как липиды, коферменты, или других факторов, таких как pH и ионы, могут иметь важное значение для адаптации животного к изменениям температуры.

3.3 Преобразование энергии

Несмотря на межвидовые различия в переносимости пищевых углеводов, обычно считается, что основной конечный продукт переваривания углеводов, глюкоза, метаболизируется способом, преобладающим во всех клетках, т.е.е., через , обратимый путь Эмдена-Мейерхоффа. На этом пути глюкоза имеет только одну главную судьбу: фосфорилирование до глюкозо-6-фосфата. Основные метаболические превращения изображены следующим образом:

Обратимые стрелки показывают стадию или стадии реакции, катализируемые теми же ферментами в в обоих направлениях.

Пунктирные стрелки показывают реакции на многих промежуточных этапах.

Парные сплошные стрелки показывают разные ферменты, участвующие в двух направлениях. реакции.

(по материалам: Principles of Biochemistry, A. White, et , al ., 1978)

Все превращения происходят с потерей свободной энергии. Таким образом, образование двух молей лактата из глюкозо-6-фосфата происходит с изменением свободной энергии D G o = -22000 кал / моль. Конечный результат - образование четырех молекул АТФ. Функциональное обращение этой трансформации может происходить только через другой последовательности, требующей ввода шести молекул АТФ на моль извлеченного глюкозо-6-фосфата.

Клетки не хранят глюкозу или глюкозо-6-фосфат. Легко доступная форма хранения - это гликоген, который производится из глюкозо-1-фосфата одним путем и возвращается другим. Хотя в клетках млекопитающих глюкозо-6-фосфат трансформируется в жирные кислоты, такое превращение, по-видимому, не происходит у рыб. Исследования с карпом показывают, что предшественником липогенеза является цитрат, образующийся, когда аминокислоты активно метаболизируются в цикле трикарбоновых кислот.

Основной формой полезной энергии во всех клетках является АТФ. В большинстве клеток эта валюта энергии генерируется окислением НАДН митохондриальными системами транспорта электронов. Восстановители NAD + для этого процесса представляют собой промежуточные продукты, полученные из цикла TCA и жирных кислот. Энергетический выход глюкозы в дыхательной системе можно суммировать в следующей последовательности реакций:

Реакция

Выход ATP

1.глюкоза® фруктозо-1,6-дифосфат

-2

2. 2-триозофосфат® 2,3-фосфоглицериновый кислота

+2

3. 2 НАД + ® 2 НАДН® 2 NAD +

+6

4.2 фосфоенолпируват® 2 пировиноградная кислота

+2

5. 2 пировиноградная кислота® 2 ацетил-КоА + 2 CO 2

2 НАД + ® 2 НАДН® 2 НАД 2

+6

6.2 Ацетил CoA® 4 CO 2

+24

Всего:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ® 6 CO 2 + 6 H 2 O

+38

Проссер, К.Л. (ред.), 1973 г. Сравнительная физиология животных. Филадельфия, W.B. Компания Saunders, 1011 стр. 3-е изд.

White, A., et al. , al. ., 1978 г., Принципы биохимии. Нью-Йорк, McGraw-Hill Book Company, 1492 стр. 6-е изд.


.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Углеводы - это химические соединения, которые содержат только кислорода, водорода и углерода. Они состоят из связанных сахаров. Сахара имеют общую формулу C m (H 2 O) n и также известны как сахариды.

Определенные углеводы являются важной формой хранения и транспорта энергии для большинства организмов, включая растения и животных.

Существует четыре типа углеводов, названных по количеству содержащихся в них молекул сахара.

  1. Простые сахариды с одной или двумя молекулами сахара
    1. Моносахариды: один сахар, например глюкоза, фруктоза
    2. Дисахариды: два сахарида. например сахароза, лактоза
  2. Сахариды с более длинной цепью:
    1. Олигосахариды (короткие цепи), часто связанные с аминокислотами или липидами. Они играют особую роль в клеточных мембранах.
    2. Полисахариды (длинные цепи) представляют собой сложные углеводы с линейными цепями сахаров или разветвленными кластерами. Их функция - либо хранение энергии (крахмал, гликоген), либо строительные конструкции (целлюлоза, хитин).

Углеводы - самый распространенный источник энергии для человеческого тела. Белок строит ткани и клетки в организме. Углеводы очень полезны для получения энергии, но, если человек ест больше, чем необходимо, излишки превращаются в жир.

При необходимости люди могут жить без углеводов, потому что человеческий организм может превращать белки в углеводы.Люди некоторых культур едят пищу с очень низким содержанием углеводов, но при этом остаются здоровыми.

Исследования в США и Канаде показали, что люди получают от 40% до 60% своей энергии из углеводов. Однако исследования показывают, что некоторые люди получают от 55% до 75% энергии из углеводов. [1] Это может зависеть от объема физической работы, выполняемой людьми: чем тяжелее работа, тем больше энергии им требуется. Другая потребность в энергии - температура тела. Жизнь в холодном климате означает, что человеку нужно больше энергии.

Некоторые продукты содержат большое количество углеводов, включая хлеб, макаронные изделия, картофель, крупы, рис и т. Д.

.

углеводов | Определение, классификация и примеры

Классификация и номенклатура

Узнайте о структурах и использовании простых сахаров глюкоза, фруктоза и галактоза

Моносахариды играют важную роль в передаче энергии.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видеоролики к этой статье

Хотя для углеводов был разработан ряд схем классификации, разделение на четыре основные группы - моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды - является одним из наиболее распространенных. .Большинство моносахаридов или простых сахаров содержится в винограде, других фруктах и ​​меде. Хотя они могут содержать от трех до девяти атомов углерода, наиболее распространенные представители состоят из пяти или шести, соединенных вместе в цепочечную молекулу. Три самых важных простых сахара - глюкоза (также известная как декстроза, виноградный сахар и кукурузный сахар), фруктоза (фруктовый сахар) и галактоза - имеют одинаковую молекулярную формулу (C 6 H 1 2 O 6 ), но, поскольку их атомы имеют разное структурное расположение, сахара имеют разные характеристики; я.е., они изомеры.

Незначительные изменения структурной организации, обнаруживаемые живыми существами, влияют на биологическое значение изомерных соединений. Известно, например, что степень сладости различных сахаров различается в зависимости от расположения гидроксильных групп (OH), составляющих часть молекулярной структуры. Однако прямая корреляция, которая может существовать между вкусом и каким-либо конкретным структурным устройством, еще не установлена; то есть еще невозможно предсказать вкус сахара, зная его конкретное структурное расположение.Энергия в химических связях глюкозы косвенно снабжает большинство живых существ большей частью энергии, необходимой им для продолжения своей деятельности. Галактоза, которая редко встречается в виде простого сахара, обычно комбинируется с другими простыми сахарами с образованием более крупных молекул.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Две молекулы простого сахара, которые связаны друг с другом, образуют дисахарид или двойной сахар.Дисахарид сахароза или столовый сахар состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы; Наиболее известные источники сахарозы - сахарная свекла и тростниковый сахар. Молочный сахар или лактоза и мальтоза также являются дисахаридами. Прежде чем энергия дисахаридов может быть использована живыми существами, молекулы должны быть разбиты на соответствующие моносахариды. Олигосахариды, которые состоят из трех-шести моносахаридных единиц, довольно редко встречаются в природных источниках, хотя было идентифицировано несколько производных растений.

Кристаллы лактозы

Кристаллы лактозы показаны взвешенными в масле. Их отличная форма позволяет идентифицировать их в продуктах питания, исследуемых для исследования.

© Кайла Саслоу, любезно предоставлено Университетом Висконсин-Мэдисон

Полисахариды (этот термин означает множество сахаров) представляют собой большинство структурных и энергетических углеводов, встречающихся в природе. Большие молекулы, которые могут состоять из 10 000 связанных вместе моносахаридных единиц, полисахариды значительно различаются по размеру, сложности структуры и содержанию сахара; К настоящему времени идентифицировано несколько сотен различных типов.Целлюлоза, основной структурный компонент растений, представляет собой сложный полисахарид, состоящий из множества глюкозных единиц, связанных вместе; это наиболее распространенный полисахарид. Крахмал, содержащийся в растениях, и гликоген, обнаруженный у животных, также представляют собой сложные полисахариды глюкозы. Крахмал (от древнеанглийского слова stercan , что означает «застывать») содержится в основном в семенах, корнях и стеблях, где он хранится в качестве доступного источника энергии для растений. Растительный крахмал может быть переработан в такие продукты, как хлеб, или может потребляться напрямую - например, в картофеле.Гликоген, который состоит из разветвленных цепочек молекул глюкозы, образуется в печени и мышцах высших животных и хранится в качестве источника энергии.

композиция целлюлозы и глюкозы

Целлюлоза и глюкоза являются примерами углеводов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Окончание общей номенклатуры моносахаридов - -оза ; таким образом, термин пентоза ( pent = пять) используется для моносахаридов, содержащих пять атомов углерода, а гексоза ( hex = шесть) используется для тех, которые содержат шесть.Кроме того, поскольку моносахариды содержат химически реактивную группу, которая представляет собой либо альдегидную группу, либо кетогруппу, их часто называют альдопентозами, или кетопентозами, или альдогексозами, или кетогексозами. Альдегидная группа может находиться в положении 1 альдопентозы, а кетогруппа может находиться в другом положении (например, 2) внутри кетогексозы. Глюкоза представляет собой альдогексозу, то есть она содержит шесть атомов углерода, а химически реактивная группа представляет собой альдегидную группу.

.

Смотрите также

 
 
© 2020 Спортивный клуб "Канку". Все права защищены.