Обмен углеводов. Основные углеводы тканей животных, их строение и биологическая роль. Углеводы структурно-функциональных компонентов кл

Государственный Медицинский  Университет  г. Семей 

 

Кафедра: биохимии и химических  дисциплин.

 

 

Тема: Обмен углеводов. Основные углеводы тканей   животных, их строение и биологическая роль. Углеводы структурно-функциональных компонентов клетки.

 

Выполнила: Лизунова Марина

Факультет: ОМФ

Группа : 203

 

Семей-2010

 

СРС

I. Введение

II. Углеводы. Строение углеводов.

  а) Моносахариды.

  б) Дисахариды.

  в) Полисахариды.

III. Биологическая роль углеводов.

IV. Заключение

V. Литература.

Введение.

 

  Органические соединения составляют в среднем 20-30 % массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул-гормонов, пигментов, АТФ и пр. В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы-полисахариды, в животных - больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции: обеспечивает энергией, является строительным материалом.

 

Углеводы.

 

       Углеводы - органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Молярная масса углеводов колеблется в пределах от 100 до 1000000 Да (Дальтон-масса, приблизительно равная массе одного атома водорода). Их общую формулу обычно записывают в виде Cⁿ(H²O)ⁿ (где n - не меньше трех). Впервые в 1844 г. этот термин ввел отечественный ученый К. Шмид (1822-1894). Название «углеводы» возникло на основании анализа первых известных представителей этой группы соединений.

 

       Оказалось, что эти вещества состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение числа атомов водорода и кислорода у них такое же, как и в воде: на два атома водорода - один атом кислорода. Таким образом, их рассматривали как соединение углерода с водой. В дальнейшем стало известно много углеводов, не отвечающих этому условию, однако название «углеводы» до сих пор остается общепринятым. В животной клетке углеводы находятся в количестве, не превышающем 2-5 %. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90 % сухой массы (например, в клубнях картофеля, семенах).

Строение углеводов.

 

         Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров.

  В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов подразделяются на простые углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза) и сложные углеводы, или полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка).

 

 

Моносахариды.

 

         Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.

         Альдозы содержат функциональную альдегидную группу -НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >С=О. Название моносахарида зависит от числа составляющих его углеродных атомов, например альдотриозы, кетотриозы, альдогексозы, кетогексозы и т.д.

         Моносахариды по строению можно отнести к простым углеводам, так как они не гидролизуются при переваривании, в отличие от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.

         В организме животных и человека содержатся глюкоза, галактоза и некоторые представители пентоз ( рибоза дезоксирибоза и др.).

 

Глюкоза.

 

          Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах. Циклическая форма глюкозы, предпочтительная в термодинамическом отношении, обусловливает химические свойства глюкозы. Как и все гексозы, глюкоза имеет 4 асимметричных углеродных атома, обусловливающих наличие стереоизомеров. Возможно образование 16 стереоизомеров, наиболее важные из которых D- и L-глюкоза. Эти типы изомеров зеркально отображают друг друга.

         

      Расположение Н- и ОН- групп относительно пятого углеродного атома определяет принадлежность глюкозы к D- или L-ряду. В организме млекопитающих моносахариды находятся в D-конфигурации, так как к этой форме глюкозы специфичны ферменты, катализирующие её превращения. В растворе при образовании циклической формы моносахарида образуются ещё 2 изомера (α- и β-изомеры), называемые аномерами, обозначающие определённую конформацию Н- и ОН-групп относительно углерода. У α-D-глюкозы ОН-группа располагается ниже плоскости кольца, а у β-D-глюкозы, наоборот, над плоскостью кольца.

 

 Таутомерное равновесие D-глюкозы

           Галактоза.

 

    Галактоза — один из простых сахаров. Отличается от глюкозы пространственным расположением водородной и гидроксильной групп у 4-го углеродного атома. Содержится в животных и растительных организмах, в том числе в некоторых микроорганизмах. Входит в состав молочного сахара. При окислении образует галактоновую, галактуроновую и слизевую кислоты. Хорошо растворима в воде.

 

     Галактоза в природе не встречается. Она производится при расщеплении дисахарида лактозы – углевода животного происхождения, который содержится в молоке и молочных продуктах. В печени галактоза перерабатывается в более универсальный источник энергии глюкозу. А остатки нерасщепленной лактозы служат пищей для полезной микрофлоры желудочно-кишечного тракта.

 

Дисахариды.

 

      Дисахариды- сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на две молекулы моносахаридов. Дисахариды наряду с полисахаридами являются одним из основных источников углеводов в пище человека и животных. Среди дисахаридов особенно широко известны мальтоза, лактоза и сахароза.

Сахароза.

 

         Сахароза - дисахарид, состоящий из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединённых α,β-1,2-гликозидной связью. В сахарозе обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Следовательно, сахароза не относится к восстанавливающим сахарам. Сахароза - растворимый дисахарид со сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы - "тростниковый сахар".

 

Лактоза.

 

       Лактоза - молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке - до 8%. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Поскольку аномерный атом углерода остатка глюкозы не участвует в образовании гликозидной связи, следовательно, лактоза относится к восстанавливающим сахарам.

 

       Лактоза – молочный сахар, углевод животного происхождения, состоящий из галактозы и глюкозы. Чтобы расщепить лактозу, требуется специальный фермент лактаза. Если организм ее не вырабатывает, наступает непереносимость молока и молочных продуктов.

 

Мальтоза.

 

       Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью.

 

Полисахариды.

 

       Полисахариды (гликаны), полимерные углеводы, молекулы которых построены из моносахаридных остатков, соединенных гликозидными связями.

        В пище человека в основном содержатся полисахариды растительного происхождения - крахмал, целлюлоза. В меньшем количестве поступает полисахарид животных - гликоген.

 

Крахмал.

 

       Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве (до 45% от массы сухого вещества) в зёрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле примерно 65%). Крахмал - разветвлённый полисахарид, состоящий из остатков глюкозы (гомогликан). Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде.

        Крахмал состоит из амилозы и амилопектина. Амилоза - неразветвлённый полисахарид, включающий 200-300 остатков глюкозы, связанных α-1,4-гликозидной связью

  Благодаря α-конфигурации глюкозного остатка, полисахаридная цепь имеет конформацию спирали. Синяя окраска при добавлении йода к раствору крахмала обусловлена наличием такой спирали.            Амилопектин имеет разветвлённую структуру. В местах ветвления остатки глюкозы соединены α-1,6-гликозидными связями. Линейные участки содержат примерно 20-25 остатков глюкозы. При этом формируется древовидная структура, в которой имеется лишь одна аномерная ОН-группа.

  Крахмал - высокомолекулярное соединение, включающее сотни тысяч остатков глюкозы. Его молекулярная масса составляет порядка 105-108 Д.

 

       Крахмал представляет собой смесь линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) полисахаридов. Амилоза построена главным образом из остатков a-D-глюкопиранозы с 1:4 - связями. В зависимости от вида растения мол. м. амилозы колеблется от 150 тыс. (рисовый, кукурузный крахмал) до 500 тыс. (картофельный крахмал). Молекулы амилопектина сильно разветвлены и состоят из фрагментов амилозы (около 20 моносахаридных остатков), связанных между собой а-1:6-связями. Мол. м. 10⁶-10⁹. В структуре амилопектина различают центральную цепь с количеством звеньев более 60, несущую остаток глюкозы со свободной восстанавливающей группой, короткие цепи из 15-20 остатков (S-цепи), расположенные на периферии молекулы и внутри нее, и длинные (около 45 звеньев) L-цепи. По строению амилопектин близок к гликогену. В воде амилопектин, также как амилоза, образует мицеллярные растворы.  

Целлюлоза.

 

          Целлюлоза (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь - клетка), полисахарид - линейный -глюкан (поли глюкопиранозил-D-глюкопираноза) общая формула [С⁶Н⁷О²(ОН)³]ⁿ. Один из наиболее распространенных биополимеров, входящий в состав клеточных стенок растений и микроорганизмов (некоторые из них, а также отдельные виды беспозвоночных - черви, древоточцы благодаря ферменту целлюлозе, расщепляющему целлюлозу, могут ее усваивать).

      Целлюлоза - линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4-гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания.

 

Гликоген.

 

Гликоген - полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения.

Гликоген представляет собой  структурный аналог крахмала, но  имеет большую степень ветвления: примерно на каждые 10 остатков  глюкозы приходится одна α-1,6-гликозидная  связь.

Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем.

 

Структура гликогена. 

            Гликоген, т. е. сахар образующее вещество, представляет углевод формулы С6Н10О5 встречающееся в животном теле в преимущественно в печени здоровых, упитанных животных; кроме того, гликоген встречается в мышцах, белых кровяных тельцах, в ворсинках околоплодной оболочки и во всех почти образованьях, способных к развитию. Особенное обилие гликогена в тканях наблюдается в зародышевом периоде жизни позвоночных животных; тело это найдено и у беспозвоночных (устриц, улиток) и в грибах. Извлеченный из тканей, главным образом из печени, гликоген представляет белый аморфный порошок; водные растворы его вращают плоскость поляризации вправо и окрашиваются йодом не в синий, как это получается с обыкновенным растительным крахмалом, а в красные цвет. Под влиянием диастатического фермента, птиалина слюны, гликоген, подобно растительному крахмалу, превращается в декстрин, мальтозу и под конец в виноградный сахар.

          В печени голодающих животных гликоген обыкновенно не находят и он образуется в организме животных, главным образом, из углеводов пищи, т. е. крахмала, виноградного и тростникового сахара; но не подлежит сомнению, что откармливание голодавших животных исключительно мясной пищей, по возможности, литерной жира и углеводов, тоже ведет к отложению гликогена в печени. Белковые вещества могут, следовательно, перерабатываться в живых организмах так, что одним из продуктов превращения может являться углевод, т. е. крахмалу или сахару подобное вещество, а другим - азотсодержащее органическое вещество, например, мочевина. Только предшественником сахара является во всех случаях гликоген, который затем при помощи фермента превращается в виноградный сахар.

         Нарушение обмена гликогена приводит к заболеваниям (гликогенозам), связанным с накоплением его в больших количествах в организме (главным образом в печени и сердце) или образованием молекул с отклонениями в строении.

 

 

 

Биологическая роль углеводов.

 

         Обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках выполняют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. В ротовой полости при участии гидролитических ферментов слюны начинается переваривание углеводов. В желудке продолжается гидролиз углеводов ферментами слюны. В двенадцати перстной кишке под действием сока поджелудочной железы полисахариды пищи (крахмал, гликоген и др.) и сахара (олигосахариды и дисахариды) расщепляются при участии a -глюкозидазы и других глюкозидаз до моносахаридов, которые и всасываются в из тонкой кишки в кровь.