Лекция 4: Органические вещества. Углеводы.
План.
1. Общая характеристика и классификация углеводов.
2. Моносахариды: номенклатура, физические и химические свойства.
3. Представители моносахаридов и их биологические функции.
4. Дисахариды. Значение в живых системах.
5. полисахариды.
6. Структура молекул, свойства, важнейшие представители.
Углеводы, сахара, алифатические полиоксикарбонильни соединения и их многочисленные (в т.ч. полимерные производные), компоненты всех без исключения живых организмов. Большинство природных В.- производные циклических форм моносахаридов. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и используются далее для биосинтеза гликозидов, олисахаридив, аминокислот, жирных к-т, полифенолов и др. В этих преобразованиях берут часть, как правило, фосфорилированные производные сахаров важнейшие из которых - нуклеозид-дифосфат сахара. В. запасаются как энергетический резерв в виде крахмала или гликогена; освобождение энергии происходит либо в результате гидролиза (фосфоролизу) резервных полисахаридов с последующим расщеплением моносахаридов, освобождаются, или в анаэробных условиях (брожение, гликолиз), или путем окисления. В виде гликозидов в растениях и у животных осуществляется транспорт разных. метаболитов. Некоторые углеводородные полимеры служат опорным материалом жестких клеточных стенок (целлюлоза, хитин, пептидогликаны) или выполняют функции цементирующего материала в межклеточном пространстве (пектины, мукополисахарид).
Гидрофильные полисахариды способствуют поддержанию водного баланса клитин.-Особенно важную роль играют углеводные цепи сложных. (Липополисахаридов, гликолипидов, гликопротеидов) в образовании специфических клеточных поверхностей и мембран и, следовательно, в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, «узнавание» клеток при тканевой дифференциации и отторжении чужеродной ткани и тому подобное. В. применяют в пищевой (сахароза крахмал, пектины), целлюлозно-бумажной, текстильной, химической промышленности (целлюлоза и ее производные), медицине: глюкоза, аскорбиновая кислота, некоторые антибиотики, сердечные гликозиды, гепарин).
Углеводы: имеют общую химическую формулу - (СН2О) n. То есть углеводы состоят из углерода, кислорода и водорода. За счет углеводов обеспечивается 50 - 60% потребности организма в энергии. При физической работе углеводы расходуются в первую очередь, и только после истощения их запасов используется жир. Избыток углеводов ведет к ожирению, способствует нарушению нормального функционирования печени, сердца, почек и т. Д .. Недостаток углеводов в рационе ведет к гипогликемии, сопровождается судорогами, головными болями, слабостью, сонливостью, снижением памяти. В моче может появиться высокое содержание кетоновых тел - продуктов распада белков и жиров, являются ядовитыми веществами. Основной источник углеводов для человека - растительная пища, содержащая моно (фруктоза, глюкоза) - олиго (сахароза) - и полисахариды (крахмал).
Различают три основные группы углеводов: полисахариды, дисахариды, моносахариды.
Моносахариды делятся на триозы - моносахариды с тремя атомами углерода в молекуле: глицериновый альдегид, диоксиацетон, фосфорные эфиры триозы - промежуточные соединения при анаэробных превращениях углеводов.
Тетрозы - моносахариды с 4 атомами углерода в молекуле - эритроза, треоза, тетрулоза;
Пентозы - моносахариды с 5 атомами углерода в молекуле, рибоза.
Гексозы - моносахариды с 6 атомами углерода, глюкоза, фруктоза, в молекуле и далее к декоз.
Олигосахариды - полимерные углеводы, в которых моносахаридних звена соединены ковалентной связью.
Сахароза (глюкоза и фруктоза), мальтоза (2 остатки глюкозы), лактоза (глюкоза и галактоза), трегалоза (2 остатки глюкозы).
Полисахариды - биомолекулы с высоким уровнем полимеризации.
Примеры: целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.
Функции углеводов: энергетическая (цикл Кребса, гликолиз), строительная (хитин, целлюлоза), запасая (гликоген).
При установлении пищевого рациона исходят из того, что белки обеспечивают 15% суточной калорийности (из них половина животного происхождения), жиры - 30% (до 80% животного происхождения), а углеводы - 55%. В норме пищевой рацион должен включать мясо, рыбу, молочные продукты (осн. Источники белков и жиров), а также овощи и фрукты (основные источники углеводов, минеральных веществ, витаминов). Неполноценное, неадекватное питание приводит к нарушению функций отдельных органов и систем, к истощению организма, снижение сопротивляемости различных систем, болезням. Недостаточность П. в детском возрасте сопровождается задержкой роста, физич. и психич. развития. Чрезмерное П. способствует нарушению обмена веществ, развитию ожирения и др. патологических. состояний.
Все то, что нас окружает можно условно разделить на две части:
1 - то, что создано природой;
2 - то, что создано человеком.
То, что создано природой тоже можно условно разделить на две части:
1 - живая природа
(Животные, растения, грибы, микроорганизмы)
2 - неживая природа
(Камни, глина, песок, вода).
Живой природе организмы изучает биология и несколько наук ее производных.
Но ключевым вопросом является - кто дал начало этим живым организмам и системам, кто был первым. Каким образом на Земле появилась живая материя. есть живые организмы, каким образом она не исчезает, кто ее жизни поддерживает. В данном контексте необходимо сказать о том, что в растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза. Эти продукты фотосинтеза появляются или точнее синтезируются растениями из неорганических компонентов. То есть, первичная органическая материя на Земле в наше время появляется с помощью растений. Происходит это благодаря обмену веществ (метаболизма) - совокупность биохимических процессов, происходящих в организме под действием ферментов.
Обмен веществ возможен только в тесной связи с той средой, где эти организмы обитают.
Ассимиляция - усвоение организмом веществ, поступающих извне и преобразования (синтез) их на молекулы,
присущих данному организму (белки, жиры, углеводы) с накоплением энергии (одна из важных функций углеводов).
Усвоения организмом веществ на клеточном уровне называется анаболическим (анаболизм - часть ассимиляции).
В автотрофных организмов (растениях) органические вещества (сначала углеводы - моносахара) образуются из неорганических.
В гетеротрофных организмах (животных) органические вещества синтезируются из органических (растительных или животных).
Диссимиляция - процесс разложения сложных веществ организма на более простые с выделением энергии.
Диссимиляция на клеточном уровне называется катаболизмом.
Белки распадаются до аминокислот.
Жиры - до глицерина и жирных кислот.
Углеводы (полисахариды) - до моносахаридов или углекислого газа и воды.
Диссимиляция углеводов может происходить путем дыхания и путем брожения.
Дыхание - проходит с участием свободного кислорода, энергии при этом выделяется много (происходит в митохондриях, обеспечивает организм на 95% энергией, углеводы разлагаются до углекислого газа и воды).
Брожение - происходит в анаэробных условиях, разложение органических веществ происходит не полностью, энергии выделяется мало, конечными продуктами реакции являются как правило молочная кислота (простой моносахара).
Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно между собой связаны и происходят в организме одновременно.
