Разное

Полисахариды это в биологии: Полисахариды,

Содержание

Углеводы. Строение крахмала и целлюлозы. Полисахариды

Ст. 54

Рассмотрите рис. 35. В чем сходство и отличия в строении молекул моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов.

Моносахариды, или простые сахара, состоят из 3–8 атомов углерода в цепи.

Дисахариды образованы двумя остатками простых сахаров и имеют общую формулу С12Н22Оn. Моносахариды и дисахариды – это бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус.

Полисахариды (высокомолекулярные вещества) – периодические полимеры, мономерами которых являются повторяющиеся остатки моносахаридов, чаще всего молекул глюкозы. В отличие от простых сахаров сладкого вкуса они не имеют и при гидролизе под действием ферментов либо в присутствии кислот образуют глюкозу или другие моносахариды, из которых были построены.

Ст. 57

Вопросы и задания

1. По структурным формулам углеводов (см. рис. 35) установите, гидрофильными или гидрофобными свойствами обладают эти вещества. Какова их растворимость в воде? Объясните почему.

Моносахариды и дисахариды обладают гидрофильными свойствами и хорошо растворяются в воде. Растворимость в воде обусловлена схожестью строения – наличия гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи между молекулами по типу: R — O — H....O — R.

2. Из каких остатков глюкозы построены различные полисахариды? Сравните их строение и укажите черты сходства и отличия.

В состав крахмала и гликогена входит а — глюкоза, в состав целлюлозы – (3 — глюкоза. Разница в их строении приводит к образованию иного типа связей в полимерных молекулах, что определяет разные свойства и биологические функции.

Крахмал имеет две структуры: амилозу – длинные неразветвлённые цепи и амилопектин – цепи с разветвлением. Целлюлоза образует только неразветвлённые длинные цепи, причём количество звеньев глюкозы в такой цепи значительно больше, чем в крахмале.

Крахмал – белое порошкообразное вещество, плохо растворимое в холодной воде, а в горячей набухает и образует гель.

Целлюлоза представляет собой прочное волокнистое вещество, практически нерастворимое в воде.

3. Как сказываются различия в строении полисахаридов на их свойствах и биологических функциях? Ответ проиллюстрируйте примерами.

Из — за разницы в строении полисахариды по — разному усваиваются организмами. Так, в организме многих животных и человека крахмал и гликоген легко расщепляются и усваиваются, а вот фермент, расщепляющий целлюлозу, у них отсутствует. И только микроорганизмы способны расщеплять связи между остатками глюкозы в целлюлозе. Однако волокна целлюлозы способствуют перистальтике кишечника, поэтому необходимы многим животным и человеку для нормального пищеварения.

Функции углеводов. В организме углеводы выполняют в основном строи — тельную и энергетическую функции. Из целлюлозы состоят оболочки растительных клеток. В целлюлозе заключено около 50% от массы всех углеводов, находящихся в растениях. По общей массе целлюлоза занимает первое место на Земле среди органических соединений.

4. Объясните, почему желудочно — кишечный тракт большинства животных и человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы.

Организм человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы, так как не имеет ферментов, необходимых для разрыва связей между остатками ß — глюкозы в макромолекуле целлюлозы.

5. За счёт чего происходит расщепление клетчатки в организме травоядных животных? Какое это имеет для них значение?

В желудке травоядных содержится множество микробов и простейших, которые и помогают травоядным переваривать разрушить целлюлозные клеточные стенки растений и расщепить на отдельные мономеры целлюлозу. Для жвачных животных углеводы нужны, чтобы обеспечить жизнедеятельность микрофлоры рубца (микроорганизмы, инфузории, простейшие), которая зависит от углеводного состава рациона и требует разных форм углеводов – иногда легко — и быстроусвояемых и интенсивно ферментируемых, таких, как сахар, крахмал, а иногда, наоборот, с умеренной скоростью усвояемости или трудноусвояемых, таких, как клетчатка, декстрин, инулин.

6. Хитин – структурный полисахарид, составляющий основу клеточных стенок грибов, покровов членистоногих. Как вы думаете, с каким из известных вам растительных полисахаридов он должен иметь сходное строение? В чём должно проявляться это сходство? Ответ проиллюстрируйте примерами.

Хитин является веществом, очень близким по строению, физико — химическим свойствам и биологической роли к целлюлозе. Он выполняет защитную и опорную функции, содержится в клеточных стенках грибов, некоторых водорослей, бактерий.

7. Внесите в таблицу «Химический состав клетки» (см. с. 41) сведения об углеводах.

2.3. Строение, свойства и биологические функции полисахаридов.

Молекулы полисахаридов включают десятки, сотни и даже ты­сячи моносахаридных остатков, соединенных такими же глико­зидными связями, как и в составе олигосахаридов. Большинство из них образуют линейные полимеры, формирующие определённую пространственную структуру, однако некоторые полисахариды имеют разветвлённые молекулы. Моносахаридные остатки в составе полисахаридов находятся в циклической форме в виде α- или b-стереоизомеров.

Большинство полисахаридов представляют собой сложные углеводы, построенные из многократно повторяющихся остатков одного моносахарида. Однако известны полисахариды, молекулы которых состоят из остатков разных моносахаридов.

По выполняемым функциям различают запасные и структурные полисахариды. Запасные - откладываются в клетках листьев или запасающих тканей в виде упорядоченных структур - гранул. Структурные - участвуют в построении клеточных стенок растений.

Крахмал. Крахмал - основное запасное вещество растений, представляю­щее собой смесь двух полисахаридов - амилозы и амилопектuна, различающихся по строению молекулы и физико-химическим свойствам. Однако молекулы этих полисахаридов построены из одного моносахарида - α-D-глюкозы, находящейся в пиранозной форме.

В молекулах амилозы остатки a-D-глюкозы соединены а(1®4)-связями, образуя спиралевидно закрученные цепо­чечные структуры, включающие от 100 до 1-2 тыс. глюкозных остатков (рис. 1). Молекулярная масса амилозы обычно составляет от 20 до 500 тыс. Спиралевид­ное закручивание молекулы происходит вследствие образования водородных связей между остатками глюкозы, нахо­дящимися в соседних витках. В каждом витке амилозы содержится шесть пира­нозных cтpyктyp, соединённых в цепочку гликозидными связями.

Амилоза растворяется в теплой воде и при добавлении водного раствора йода в йодистом калии окрашивается в синий цвет вследст­вие того, что йод образует комплeксы с остатками глюкозы. Водные растворы амилозы не отличаются высокой вязкостью и при стоянии довольно быстро образуют кристаллический осадок.

Амилопектин имеет разветвлённые молекулы, построенные из α-D-глюкозы. В точках ветвления гликозидные связи образуются между первым и шестым углеродными атомами глюкозных остатков (α(I®6)-связи). Между точками ветвления глюкозные остатки так же, как в амилозе, соединены α(I®4)-связями.

Точки ветвления в молекулах амилопектина имеются через каждые 12-15 остатков глюкозы. Молекулярная масса амилопек­тина значительно больше, чем у амилозы, и может достигать 1 млн. Схема строения молекулы амилопектина показана на рисунке 2.

Амилопектин в тёплой воде не растворяется, а при более силь­ном нагревании с водой образует очень вязкий коллоидный раствор - клейстер. Температура клейстеризации картофельного и ржаного крахмала 55-65°С, пшеничного и кукурузного - 60-70°С, крахмала риса - 70-80°C. Йодом амилопектин окрашивается в красно­-фиолетовый цвет. В амилопектине в небольшом количестве содер­жатся остатки фосфорной кислоты, соединённые эфирной связью с остатками глюкозы.

Соотношение амилозы и амилопектина в различных раститель­ных продуктах изменяется в очень широких пределах. В карто­фельном крахмале на долю амилозы приходится около 20%, пше­ничном и кукурузном - около 25%, рисовом - 15-20%, в крахмале гороха и некоторых сортов кукурузы - 50-80%. Крахмал яблок почти полностью состоит из амилозы, а крахмал восковидных сортов кукурузы - только из амилопектина.

У одного и того же вида растений содержание амилозы и ами­лопектина в крахмале может изменяться в зависимости от фазы развития и условий внешней среды. В разных органах растений синтезируется крахмал совершенно определенного состава. Так, например, в крахмале клубней картофеля обычно содержится 19-22% амилозы, а в молодых побегах в два раза больше.

В растениях крахмал образуется в листьях как продукт фото­синтеза, а также в зерновках и семенах, клубнях, корневищах, утол­щенных частях стеблей как запасное вещество. Фотосинтетический крахмал откладывается в хлоропластах в виде гранул, называемых крахмальными зёрнами, и довольно быстро используется в процессе дыхания и для синтеза других веществ. Значительная его часть превращается в транспортную форму углеводов - сахарозу, которая по флоем­ной системе поступает в нефотосинтезирующие органы, распа­дается там до глюкозы и фруктозы и в виде моносахаридов вклю­чается в различные биосинтетические процессы.

Запасной крахмал также откладывается в виде зёрен и у целого ряда растений накапливается в значительном количестве в запаса­ющих тканях и органах. В зерне злаковых его содержание обычно составляет 50-70%, в рисе -75-80%, в зерне зернобобовых куль­тур - 30-50%, в клубнях картофеля - 12-20%, в клубнях батата, ямса и маниока - 20-30%, в листьях растений - до 1-2%.

Крахмальные зёрна чаще всего имеют вид овальных или сферичес­ких частиц (рис. 3), имеющих разную форму и размеры (2-170 мкм). Под микроскопом можно различить их слоистое строение. Разме­ры и строение крахмальных зёрен у разных видов и даже сортов растений имеют характерную специфику и могут использовать­ся для идентификации генотипов, а также обнаружения примесей одного растительного продукта в другом.

Запасной крахмал вначале откладывается в пластидах, назы­ваемых амилопластами. По мере наполнения происходит посте­пенная деградация их мембранной структуры и они превращаются в крахмальные зерна.

Крахмалоносные растения представляют легковозобновляемое сырье для перерабатывающей промышленности, которое исполь­зуется для получения продовольственного и технического крахма­ла, глюкозы, этилового спирта и даже пластмасс, обладающих высокой прочностью и экологической безопасностью (при сгорании не дают ядовитых выделений).

Полифруктозиды. В растениях семейств лилейные, мятликовые, астровые, коло­кольчиковые синтезируются запасные углеводы, построенные из 4-40 остатков b-D-фруктозы, в связи с чем их называют поли­фруктозидами, или фруктанами. Остатки фруктозы в их молекулах соединены гликозидными связями, образующимися между вторым и первым углеродными атомами (b (1®2)-связи).

Полифрутозиды содержатся в листьях, корнях, семенах ука­занных выше растений, накапливаются в значительном количестве в нижней утолщённой части стеблей мятликовых трав (до 6-8% сухой массы) и в созревающих зерновках злаковых культур (рожь, пшеница, ячмень, овёс). В листьях они являются основными продуктами фотосинтеза, тогда как фотосинтетический крахмал у этих растений не образуется.

Из полифруктозидов наиболее хорошо изучен инулин, содер­жащий в молекуле 37-44 фруктозных остатка. К одному из концов молекулы инулина присоединён остаток α-D-глюкозы. Молекуляр­ная масса инулина 5-6 тыс. Он хорошо растворяется в горячей воде, не обладает восстановительными свойствами, хорошо усваи­вается организмами человека и животных, в связи с чем растения, способные накапливать инулин, используются как кормовые куль­туры и как сырьё для промышленного получения фруктозы. Фруктозу получают из инулина путём его кислотного гидролиза.

Большое количество инулина содер­жится в клубнях георгина и артишо­ка (до 50%), топинамбура (10-12%), корнях цикория (свыше 10%). В чесно­ке общее содержание полифруктозидов достигает 20-30% и половину из них составляет инулин.

Целлюлоза. Целлюлоза, или клетчатка - довольно устойчивое вещество волокнистого строения, не растворяется в воде и органических растворителях, однако хорошо растворимо в аммиачном растворе гидроксида меди (реактив Швейцера). Молекулы целлюлозы состоят из остатков b-D-глюкозы, соединенных b(1®4)-связями. В каждой молекуле целлюлозы может содержаться 1500-10000 пиранозных остатков b-D-глюкозы, образующих неразветвлённый полимер.

Между линейно вытянутыми молекулами целлюлозы, имею­щими свободные гидроксильные группы, возникают водородные связи, с помощью которых нитевидные полимеры, построенные из остатков глюкозы, объединяются в пучки, включающие несколько десятков молекул. Такие целлюлозные пучки, или фибриллы, обла­дают очень высокой прочностью и служат структурной основой клеточных стенок растений. Как видно на электронной микро­фотографии клеточной оболочки (рис. 4), целлюлозные фибриллы размещаются слоями, образуя сетчатую структуру, сквозь которую свободно проникает вода с растворенными в ней веществами.

Целлюлоза в том или ином количестве содержится во всех растительных тканях. Особенно много целлю­лозы в растительных волокнах (хлопковом, льняном) - 80-95%, древесине и соломе - 40-50%. В других растительных продуктах её значительно меньше: зерно злаковых и зернобобовых культур – 2-6%, зерно пленчатых злаков - 7-14%, семена масличных - 5-25%, клубни картофеля - около 1 %, корнеплоды - 0,5-1,5%, овощи ­0,5-1,2% (томаты - 0,2%), плоды и ягоды - 0,5-2%, вегетативная масса кормовых трав - 20-30% (последний показатель - в расчёте на сухую массу).

Целлюлоза практически не усваивается организмами человека и нежвачных животных, тогда как жвачные животные способны её усваивать с помощью ферментов микроорганизмов, обитаю­щих в преджелудках этих животных и участвующих в процес­сах пищеварения.

При нагревании с раствором кислоты целлюлоза подвергается гидролизу, превращаясь в глюкозу, которая используется как ис­точник углерода для культивирования дрожжевых клеток с целью промышленного получения этилового спирта и кормовых дрож­жей с повышенным содержанием белков и витаминов. При этом в качестве источника целлюлозы служат отходы древесины и целлюлозосодержащие растительные остатки - солома, корзинки подсолнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, свекловичная меласса, картофельная мезга, хлопковая шелуха и др. Большое количество целлюлозы расходуется для химичес­кой переработки.

В построении клеточных стенок растений наряду с целлюло­зой участвуют также другие структурные полисахариды - геми­целлюлозы и пектиновые вещества, которые связаны с молекулами целлюлозы водородными связями.

Гемицеллюлозы. Гемицеллюлозы - это смесь полисахаридов, образу-ющих при гидролизе маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу и уроновые кислоты - глюкуроновую и галактуроновую. Они нерастворимы в воде, но растворяются в щелочных растворах. В клеточных стен­ках растений содержание гемицеллюлоз составляет около 30%. Много их накапливается в древесине и соломе (10-30%), оболочках семян, кукурузных початках, отрубях, вегетативной массе растений. Разные виды растений заметно различаются по составу ге­мицеллюлоз.

ГАЛАКТАНЫ. Их молекулы построены из остатков b-D-­галактозы, соединённых b(1®4)-связями. В каждой молекуле объединяются более 100 остатков галактозы.

Галактаны содержатся в составе клеточных стенок многих растений, особенно много их в семенах люпина.

МАННАНЫ. Остатки маннозы в маннанах соединены b(1®4)-­связями. В каждой молекуле насчитывается от 200 до 400 моно­сахаридных единиц. Много маннанов содержится в древесине хвойных деревьев и в клеточных стенках водорослей.

КСИЛАНЫ. Их молекулы построены из остатков b-D-ксилозы в пиранозной форме, соединённых b(1®4)-связями. В составе полимера могут находиться до 200 ксилозных остатков. В соломе и древесине содержание ксиланов достигает 25-28%.

В молекулах ксиланов обычно имеются ответвления в виде ос­татков арабинозы, а также глюкуроновой и галактуроновой кислот. Ответвления чаще всего образуются за счёт этерификации третьего углеродного атома ксилозы. Карбоксильные группы остатков уро­новых кислот образуют эфиры с метиловым спиртом. Ксиланы раз­ных растений отличаются частотой и моносахаридным набором ответвлений в молекуле.

АРАБАНЫ. Это полисахариды клеточной стенки растений, которые состоят из остатков a-L-арабинозы, соединённых глико­зидной связью между первым и пятым углеродными атомами. При этом к каждому второму остатку арабинозы в линейной струк­туре присоединён в виде ответвления еще один остаток арабинозы. В ответвлениях связь образуется между третьим углеродным атомом арабинозы, находящейся в цепочке, и первым углеродным атомом бокового остатка арабинозы.

Как и целлюлоза, гемицеллюлозы не усваиваются организмом человека, но могут усваиваться жвачными животными с помощью ферментов микроорганизмов, находящихся в преджелудках.

ГЛЮКАНЫ. К глюканам относятся полисахариды, образуемые из b-D-глюкозы, но в их молекулах остатки глюкозы соединяются не только b(1®4) -связями, как в целлюлозе, но также и b(1®3)-­связями или только b(1®3)- связями. К таким полисахаридам относятся каллоза и лихенин. Каллоза - полисахарид, включающий до 100 остатков b-D-глюкозы в молекуле, соединённых b(1®3)-­связями. Она содержится в ситовидных трубках флоэмной систе­мы растений. В молекулах лихенина остатки b-D-глюкозы соеди­нены как b(1®4)-связями, так и b(1®3)-связями (встречаются с частотой около 30%). Лихенин входит в состав клеточных сте­нок растений, особенно много его в лишайниках.

Пектиновые вещества. Пектиновые вещества в растениях представлены двумя груп­пами соединений - пектинами и протопектинами, которые раз­личаются строением и физико-химическими свойствами.

Пектины - водорастворимые полисахариды, построенные из остатков α-D-галактуроновой кислоты, которые соединены α(1®4)-связями. Большая часть карбоксильных групп остатков галакту­роновой кислоты связана эфирными связями с остатками метилового спир­та, а к другим карбоксильным группам присоединены катионы кальция или магния. В каждой молекуле пектина содержится более 100 остатков галактуроновой кислоты.

Основная масса пектиновых веществ растений представлена протопектином, который находится в структуре клеточных стенок. Протопектин образуется в результате связывания эфирными связя­ми пектина с галактанами и арабанами, входящими в состав кле­точной стенки растения. Эфирные связи возникают между карбоксильными группами пектина и гидроксильными группами гемицеллюлоз.

Полисахариды протопектина нерастворимы в воде и имеют более высокую молекулярную массу по сравнению с пектинами. Много протопектина накапливается в формирующихся плодах rpуши, яблони, цитрусовых, айвы, что обусловливает их жёсткую консистенцию. При созревании плодов происходит превращение протопектинов в пектины, вследствие чего их консистенция становится мягкой.

Общее содержание пектиновых веществ в плодах и ягодах составляет 0,3-1,5%, в корнеплодах - 1,5-2,5%, клубнях картофеля ­0,1-0,5%, в томатах - 0,1-0,2%, в капусте - 0,3-2,0%, в кожуре апельсина и лимона - 4-7%.

Характерная особенность пектиновых веществ плодов и ягод - способность образо­вывать желе, или студни, в насыщенном растворе сахара (65-70%) и кислой среде (рН 3,1-3,5). Лучшей желирующей способностью обла­дают более высокомолекулярные полисахариды пектиновых веществ.

В стеблях льна пектиновые вещества скрепляют между собой волокна. Для отделения раcтитeльных волокон производится росяная или водяная мочка льносоломы, при которой происходит гидролиз пекти­новых веществ под действием ферментов микроорганизмов.

Камеди и слизи. Это растворимые в воде полисахариды, образующие очень вяз­кие растворы вследствие их набухания.

Растительные камеди выделяются на стволах и ветвях некото­рых деревьев (вишневых, сливовых, миндальных) в виде клейких наплывов при повреждениях. При гидролизе они дают галактозу, маннозу, рамнозу, арабинозу, ксилозу, а также уроновые кислоты.

Слизи, откладываясь между плазмалеммой и клеточной стенкой, способствуют удерживанию воды в клетках и полостях растения, защищают от проникновения инфекции. При их гидро­лизе в основном образуются пентозы (арабиноза и ксилоза), а также небольшое количество галактозы, глюкозы и фруктозы.

Много слизей содержится в семенах льна, клевера, люцерны, ржи и некоторых других растений. Повышенная вязкость ржи при размоле вызвана наличием именно слизей, вследствие чего зерно ржи размалывается значительно труднее, чем пшеница. Содержащиеся в ржаной муке слизи замедляют гидролитические процессы при формировании теста и тем самым улучшают его формо­удерживающую способность.

Камеди и слизи из различных растительных источников существен­но отличаются набором и удельным соотношением образующих их полисахаридов. Они состоят из молекул разной степени полимериза­ции, многие из которых имеют довольно высокую степень ветвления.

Вопросы для повторения.

1. Каковы структурные особенности стереоизомеров моносахари­дов, относящихся к D- или L-ряду? 2. Как образуются циклические формы моносахаридов и в чём состоят различияа- иb-стереоизоме­ров? 3. Как записывается структура пиранозных и фуранозных форм моносахаридов с помощью формул Хеуорса? 4. Какие образуются кон­формации молекул у гексоз и пентоз? 5. Как образуются окисленные и восстановленные производные, а также фосфорнокислые эфиры мо­носахаридов? 6. В чём состоят особенности образования гликозидов, дезокси- и аминопроизводных моносахаридов? 7. Каковы структур­ные и биологические особенности важнейших альдоз и кетоз? 8. Как об­разуются молекулы сахарозы, мальтозы, целлобиозы,b-левулина и других олигосахаридов? 9. Из каких моносахаридов и по какому принципу строятся молекулы важнейших полисахаридов - крахмала, полифруктозидов, целлюлозы и гемицеллюлоз, пектиновых веществ, камедей и слизей? 10. Какие биологические функции выполняют ука­занные выше олигосахариды и полисахариды? 11. Каково содержа­ние сахаров и различных полисахаридов в растительных продуктах? 12. Какие моносахариды и олигосахариды относятся к редуцирующим сахарам? 13. Какое значение имеют углеводы в фор­мировании качества растительных продуктов? 14. Из каких основных компонентов состоит крахмал и каковы строение и свойства этих компонентов? 15. Какие известны разновидности гемицеллюлоз и пектиновых веществ?

Резюме по модульной единице 2.

Углеводы являются важными компонентами клеток живых организмов. Одни из них служат основным дыхательным материалом организмов (сахара, крахмал, по-лифруктозиды) и откладываются в качестве запасных веществ, другие выполняют структурные (целлюлоза, гемицеллюлозы, протопектин) и защитные (камеди и слизи) функции. Большинство сахаров существуют в форме стереоизомеров и относятся, как правило к D-ряду. Гексозы и пентозы существют в организмах преимущественно в виде циклических форм (пиранозных или фуранозных).

Из моносахаридов образуются восстановленные (многоатомные спирты), окисленные (альдоновые, альдаровые и уроновые кислоты) производные, фосфорнокислые эфиры, амино- и дезоксипроизводные, гликозиды, которые являются продуктами превращения моносахаридов и участвуют в метаболизме. Легкоусвояемые формы углеводов (сахара, крахмал, полифруктозиды, пектиновые вещества) способны накапливаться в значительном количестве в растительных продуктах и поэтому определяют их питательную и техническую ценность.

Олигосахариды образуются из моносахаридов, остатки которых соединяются в молекулах олигосахаридов О-гликозидными связями. Сахароза и олигофрукто-зиды откладываются в запасающих органах растений или используются в качестве транспортных форм углеводов в растительных организмах. Мальтоза – продукт распада крахмала, целлобиоза в свободном виде не накапливается, так как используется в синтезе целлюлозы.

Молекулы полисахаридов построены из остатков моносахаридов, которые соединяются, как и в молекулах олигосахаридов, О-гликозидными связями. Молекулы амилозы, полифруктозидов, пектинов, маннанов, галактанов представляют собой цепочечные полимеры. Молекулы амилопектина, ксиланов, арабанов, камедей и слизей имеют ответвления разной степени сложности. Крахмал, полифруктозиды, пектины откладываются в запасающих органах растений. Целлюлоза, гемицеллюлозы, протопектин участвуют в построении клеточных стенок растений.

Модульная единица 3. Липиды.

Цели и задачи изучения модульной единицы. Изучить строение, свойства и биологические функции основных групп липидов. Научить студентов использовать сведения о липидах при оценке качества растительной продукции.

К липидам относятся вещества, различающиеся по химическому составу, строению и выполняемым функциям, но обладающие близкими фифизико-химическими свойствами. Все они содержат гидрофобные радикалы и группировки, вследствие чего не растворяются в воде, но хорошо растворимы в неполярных органических растворителях - эфире, бензине, бензоле, хлороформе.

В зависимости от химического состава и строения липиды под-разделяют на три класса:  простые, сложные и  стероидные.

Простые липиды представляют собой сложные эфиры спиртов и вы-сокомолекулярных карбоновых кислот, к ним относятся жиры и воски. Сложные липиды содержат в составе молекул, кроме спирта глицерина и карбоновых кислот, остатки других соединений: ортофосфорной кислоты, азотистых оснований, моносахаридов и др. Они образуют две группы веществ - фосфолипиды и гликолипиды.

Стероидные липиды - это циклические соединения, являющиеся про-

изводными циклопентанопергидрофенантрена и представленные как сво-

бодными стероидными веществами, так и связанными формами в виде гли-

гликозидов и эфиров. К липидам очень часто относят также растворимые в жирах витамины и пигменты.

Общее содержание структурных липидов в вегетативных частях растений находится в пределах 0,1-0,5%. Накопление запасных липидов в семенах различных растений достигает следующих величин: зерно злаковых и зернобобовых культур - 1-8%, соя и хлопчатник - 20-30%, подсолнечник, арахис, лен, конопля, рапс, горчица, маслины - 20-50%, мак, клещевина, ядра орехов - 50-60%, в зародышах зерновок пшеницы - 8-14%, кукурузы - 30-40%. Растения с высоким содержанием в семенах запасных липидов выделены в особую группу масличных культур. Известны также растения - накопители воска.

Биологические функции полисахаридов

Биология Биологические функции полисахаридов

Количество просмотров публикации Биологические функции полисахаридов - 1282

 Наименование параметра  Значение
Тема статьи: Биологические функции полисахаридов
Рубрика (тематическая категория) Биология


Энергетическая - крахмал и гликоген составляют "депо" углеводов в клетке; при необходимости они быстро расщепляются на легко усваиваемый источник энергии - глюкозу.

Опорная - хондроитинсульфат выполняет опорную функцию в костной ткани.

Структурная - гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин являются структурными межклеточными веществами.

Гидроосмотическая и ионрегулирующая - гиалуроновая кислота, благодаря высокой гидрофильности и отрицательному заряду, связывает межклеточную воду и катионы, регулируя межклеточное осмотическое давление.

Молекулы целлюлозыотличаются от крахмала, имеющего такую же брутто-формулу, более высокой степенью полимеризации. Последняя у целлюлозы составляет 2500-3000 и иногда доходит даже до 4000, тогда как у крахмала она находится в пределах 600-900. Кроме того, целлюлоза построена из звеньев β-глюкозы, а крахмал - из α-глюкозы. Указанные формы глюкозы очень мало отличаются друг от друга своим пространственным строением˸ (рис.1). Однако, как ни мало это различие, оно сказывается на строении полимеров и на их свойствах.

2) Поли – (>10 молекул)

Гликоген Хитин

Хитин – главный скелетный полисахарид беспозвоночных и компонент клеточной стенки грибов и некоторых зеленых водорослей. В кутикуле членистоногих образует комплексы с белками, пигментами, солями кальция. Длинные параллельные цепи хитина также, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. По своей структуре хитин очень близок к целлюлозе, за одним исключением˸ при втором атоме углерода гидроксильная группа ОН заменена группой NН – СО–СН3. Получают хитин обработкой исходного материала (обычно панцирей ракообразных) кислотами, щелочами или окислителями. Молекулярная масса выделенного хитина 151 –200 тыс. При обработке хитина щелочами в жестких условиях происходит N- дезацетилирование с образованием хитозана (растворимого в кислотах), который применяется в производстве бумаги и для удаления примесей из водных растворов. целлюлозахитин



Биологические функции полисахаридов - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Биологические функции полисахаридов" 2015, 2017-2018.

Полисахариды из красных водорослей влияют на иммунную систему мышей

Ученые исследовали фармакологический потенциал каррагенов — биологически активных веществ-полисахаридов, которые получают из красных водорослей и применяют в пищевой промышленности как загустители, стабилизаторы

Как сообщает пресс-служба ДВФУ, ученые Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН) и Вильнюсского университета исследовали фармакологический потенциал каррагенов — биологически активных веществ-полисахаридов, которые получают из красных водорослей и применяют в пищевой промышленности как загустители, стабилизаторы и желирующие агенты. Их способность оказывать влияние на иммунную систему мышей выяснилась в ходе лабораторных экспериментов. Статья об этом опубликована в Journal of Biomedical Materials Research.

Ученые в течение недели подкармливали каррагенами (каррагинанами) лабораторных мышей и обнаружили снижение у них активности клеток врожденного иммунитета и уменьшение лейкоцитов. Оказалось, что вещества из водорослей и продукты их частичной деградации с низким молекулярным весом не инертны в фармакологическом смысле и способны подавлять иммунитет. 

Результаты исследования оставляют много вопросов открытыми. Однако становится понятно, что медицинский потенциал каррагенов — веществ, которые постоянно присутствуют в рационе людей, еще очень сильно недооценен и может в будущем принести существенную пользу.

«Препараты-иммуносупрессоры, то есть подавляющие иммунитет, применяют при лечении различных заболеваний — аллергий и некоторых аутоиммунных заболеваний: например, рассеянный склероз, системная красная волчанка, ревматоидный артрит, системная склеродермия, дерматомиозит и других. Как правило, эти болезни связаны с гиперактивацией некоторых звеньев иммунной системы и со снижением продукции или функциональной активности иммуносупрессивных клеток, то есть с нарушением баланса между процессами воспаления и супрессии. Это может приводить к развитию избыточного иммунного ответа на собственные антигены организма. Сейчас нельзя однозначно утверждать, что каррагены — это иммуносупрессоры. Мы просто установили, что вещество может подавлять активность перитонеальных фагоцитов у мышей — иммунных клеток, расположенных в брюшной полости. Хорошо это или плохо — вопрос неоднозначный. При определенных состояниях, связанных с гиперактивацией иммунной системы, это хорошо», — рассказывает доцент Департамента фармации и фармакологии Школы биомедицины ДВФУ Александра Калитник.

По словам ученого, о создании препарата-иммуносупрессора речи пока идти не может, поскольку необходимы дальнейшие фундаментальные исследования биологических свойств каррагенов. Это может занять годы.

Исследователи предполагают, что полисахариды из красных водорослей могут взаимодействовать с клеточными рецепторами напрямую (в случае экспериментов in vitro) или опосредованно (при применении перорально) через иммунные клетки в желудочно-кишечном тракте, которые в свою очередь передают эту информацию иммунным клеткам крови.

«Интересно выяснить механизмы воздействия каррагенов на клеточные рецепторы и сигнальные пути, вовлеченные в процесс увеличения и снижения числа лейкоцитов. Такое исследование помогло бы продвинуться в понимании, как использовать каррагены в качестве фармакологических субстанций или биодобавок, снижающих гиперактивацию иммунной системы. На текущем же этапе мы просто наблюдали эффект иммуносупрессии, так как у мышей уменьшилось число лейкоцитов и понизилась их активность», — отметила Александра Калитник.

Ученый объяснила, что в работе не идет речь о каррагенах, которые применяются в пищевой промышленности и потребляются людьми в составе продуктов питания. Требования к пищевому каррагену достаточно строгие, в том числе по молекулярной массе и дозе, превышать которую не рекомендуется. Дозы каррагенов в продуктах на порядки ниже тех, которые исследователи использовали в экспериментах по поиску фармакологического эффекта. Кроме того, в продуктах содержится не чистый карраген, а его соединения с белками и другими веществами, что сильно влияет на его свойства.

«То, что карраген в частном случае проявляет свойства иммуносупрессии, не говорит о том, что он опасен или токсичен. Все-таки микрофлора ЖКТ мышей сильно отличается от человеческой. Вполне возможно, что карраген не будет действовать на иммунную систему людей угнетающе. Если говорить немного утрированно, карраген может становиться иммуносупрессором, только когда это необходимо, а в других ситуациях может проявлять иммуномодулирующие свойства, усиливая защиту организма. Такие экспериментальные данные тоже существуют», — резюмирует Александра Калитник.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ, 18-04-00430А). Результаты исследования стали возможны благодаря сотрудничеству ученых Школы биомедицины ДВФУ, факультета естественных наук Вильнюсского университета и Института морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН.

Исследование компонентов водных биоресурсов Мирового океана (Ocean Science) является одним из приоритетных направлений научной деятельности Дальневосточного федерального университета. Школа биомедицины работает в тесном сотрудничестве с Медицинским центром ДВФУ, а также с крупнейшими научно-исследовательскими лабораториями России и мира для создания инновационных методов борьбы с болезнями. 

 

Фото: https://www.dvfu.ru/news/?PAGEN_2=3

Биологическая активность растительных полисахаридов Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

© Коллектив авторов., 2009 УДК 615.322.07

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ

И.А. Сычев, О.В. Калинкина, Е.А. Лаксаева

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Полисахариды растений оказывают выраженное

противовоспалительное, ранозаживляющее, антиоксидантное и противорадиоционное воздействие, стимулируют процессы кроветворения, активируют функции иммунной системы при введении в организм как здоровых животных, так и животных с различными видами патологии.

Ключевые слова: полисахариды растений кроветворение, анемия,

облучение, воспаление, ранозаживление, костный мозг, селезенка, тимус, фагоцитоз.

Растительные полисахариды проявляют высокую биологическую активность, не обладают токсичностью, аллергенностью, пирогенностью - все это открывает широкие возможности использования их в практической медицине.

Полисахариды - полимеры состоящие из одного или пяти-шести различных остатков моносахаридов связанных гликозидными связями, образующие линейные, разветвленные или свернутые в а-спираль цепи, разделяются на гомо- и гетерополисахариды.

Запасающие полисахариды (крахмал, инулин, фруктан) формируют основу энергетических запасов организма, а структурные - образуют клеточные стенки и межклеточное вещество тканей растений.

1. Инкрустирующие полисахариды и водорастворимые пектины -структурные гетерополисахариды могут содержать аминосахара, полипептидную цепь и 20-30% уроновых кислот, выполняют рецепторные функции и скрепляют клетки и ткани между собой.

2.Водонерастворимый пектин - структурный полисахарид, связывает поверхностные слои клеточной оболочки, с гемицеллюлозой, имеет большую величину молекулярной массы и содержит в своем составе единичные полипептидные цепи, немного аминосахаров и 30-50% уроновых кислот.

3.Пектовая кислота - структурный полисахарид имеющий в своем составе 60-80% уроновых кислот и являющийся полиуроновой кислотой. Молекулы пектовой кислоты разветвлены и этерифицированы остатками спиртов и фенолов.

Пектины и пектовая кислота в силу особенностей строения, состава, величины молекулярной массы, рецепторным и антигенным свойствам в составе растительного организма проявляют высокую биологическую активность при действии на животных.

Полисахариды экстрагируют из воздушно-сухих растений дистиллированной водой, 1% растворами щавелевокислого аммония, соляной

кислоты, 25% раствором щелочи, осаждают из экстрактов 96% этанолом и очищают этанолом, эфиром, ацетоном, переосаждением, диализом или электродиализом. Растительное сырье предварительно обрабатывают 40-60% растворами этанола удаляя из него экстрактивные вещества и окрашенные молекулы [1,8,20].

Влияние на обмен веществ.

Сульфопроизводные крахмала, пектина, целлюлозы при введении крысам с липедемией вызывали снижение ее уровня и просветление сыворотки крови по типу действия гепарина. Крахмал и декстрины кукурузы, риса, пшеницы и картофеля, черного гороха снижают общее содержание холестерина в печени и сыворотке крови крыс. Гипохолестеринемический эффект оказывали каррагинин, ламинарид, сульфогалактозаны некоторых красных водорослей и пектин [1,6].

Введение крахмала животным усиливает обмен желчных кислот и способствует усилению синтеза кишечными бактериями рибофлавина, ускоряет превращение холестерина в желчные кислоты. Растительные полисахариды образуют комплексы с белками и липротеидами плазмы крови, что снижает уровень липемии и уменьшает степень атеросклероза сосудов [16].

Полисахарид алоэ древовидного способствует регенерационным процессам тканей поджелудочной железы у животных при внутривенном введении вызывает активизацию макрофагов, лейкоцитов, активный рост и увеличение числа соединительнотканных клеток и продуцируемых ими элементов соединительной ткани [17].

Гетерополисахарид лабазника шестилепестного активирует процессы регенерации и репарации в гепатоцитах экспериментальных животных при различных повреждающих воздействиях, при внутривенном и пероральном введениях [18].

Существуют данные о влиянии полисахаридов донника на активность системы мембранного транспорта клеток и изменении проницаемости клеточных мембран повышении активности АТФ-азы [8].

Влияние на кроветворение.

Ю. М. Захаров описывает стимулирующее действие протеогликанов и гликозамингликанов, из лейкоцитов, на активность центрального макрофага эритробластического островка, направленную на ускорение созревания эритроцитов [3,4,5].

Пектины растений по составу и строению очень похожи на протеогликаны и гликозаминогликаны клеток крови и в растениях выполняют сходные функции, возможно, стимулируют рост клеток и биосинтез молекул. Попадая в организм высших животных такие молекулы способны стимулировать процессы кроветворения.

Полисахариды растений и водорослей активируют функции зрелых клеток иммунной системы и стимулируют гемопоэз у здоровых, анемичных и облученных животных в костном мозге и в селезёнке, стимулируя миелоидный, эритроидный и лимфоидный ростки кроветворения увеличивают количество эритробластических островков в костном мозге, эритроцитов и гемоглобина в крови [2,5,7,22,23].

Действие на иммунную систему.

Полисахариды растений усиливают резистентность клеток и тканей животных, стимулируют фагоцитоз, увеличивают количество иммуноглобилинов в крови активируют реакцию розеткообразования [12,19]. Внутрижелудочное

введение гетерополисахарида животным с вибрационным поражением усиливает у них гуморальный иммунный ответ на эритроциты барана, но не влияет на его развитие, что опосредуется гуморальными факторами, вырабатываемыми р-клетками селезенки [21].

Полисахариды растений семейства Asteracea, Tiliacea индуцируют появление в сыворотке крови и надосадочной жидкости клеток тимуса и селезенки гуморальных иммуностимулирующих вещества [11].

Растительные гетерополисахариды, связанные с эритроцитами, вводимыми в организм крыс с иммерсионным охлаждением, усиливают функции макрофагов и нейтрофилов и ускоряют восстановление организма пораженных животных. Также действуют полисахариды, ромашки аптечной, на животных, подвергнутых процессу охлаждения [1,24].

Введение растительных полисахаридов животным с асептическим воспалением и с ожоговыми ранами стимулирует систему иммунитета путем активации макрофагов и нейтрофилов, стимуляции фагоцитоза, синтеза и выделения сигнальных молекул, запускающих процессы активизации Т- и В-лимфоцитов, плазматических клеток селезенки, повышающих клеточность селезенки, тимуса, костного мозга и количество лимфатических фолликулов в структуре селезенки [22].

Попадая в организм через рот, внутримышечно или внутривенно, полисахариды воздействуют прежде всего на систему макрофагов и моноцитов, усиливая их физиологические функции. Это приводит: 1) к активации синтеза сигнальных молекул, активизирующих лимфоциты, лейкоциты, систему комплемента; 2) стимулируют фагоцитоз; 3) увеличивают численность моноцитов и макрофагов в крови животных в 2-3 раза [20,21,23].

Полисахариды ускоряют пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов в селезёнке, тимусе, лимфоузлах, повышают количество лимфоцитов в крови максимально на 5-7 сутки, а в лимфоузлах и селезёнке увеличивается количество плазматических клеток и лимфатических фолликулов [20,21].

Крахмал, инулин, декстрин, полисахаридов тисса, сассафраса, мандарина, корней брионии, амилопектина яблок, гликогена кукурузы при введении в организм животных образуют антитела и повышали титр пропердина в сыворотке крови, что способствовало увеличению неспецифической резистентности животных к инфекциям [11,18].

Усиление фагоцитарной активности.

Полисахариды донника и женьшеня, стимулируют фагоцитоз in vitro на крови мышей и на крови человека [20]. Интенсивность фагоцитоза оценивали по количеству полиморфноядерных лейкоцитов, содержащих микробные тела, а также оценивали среднее количество микробных тел, поглощенных одним лейкоцитом. Была установлена выраженная активность эффекторных функций полиморфноядерных лейкоцитов и макрофагов под действием полисахаридных препаратов. Стимулирующее влияние полисахаридов женьшеня проявляются в выработке лейкоцитами и макрофагами интерферона и интерлейкинов.

Повышение фагоцитарной активности полиморфноядерных лейкоцитов и макрофагов под влиянием полисахаридов отражается на антиинфекционной резистентности мышей к туберкулезной и кишечной палочкам. Полисахариды защищают животных от данных инфекций в среднем на 30-60 % (процент выживаемости). Таким образом установлена активация эффекторных функций полиморф-

ноядерных лейкоцитов и макрофагов под действием полисахаридных препаратов, полученных из культуры тканей женьшеня [12].

Не только сами полисахариды растительного происхождения, но и белковополисахаридные комплексы, извлекаемые из растений (протеогликаны и гликопротеины - смешанные белково-полисахаридные полимеры, в которых полипептидные цепи ковалентно присоединяются к полисахаридным цепям, образуя достаточно прочные связи, с большим трудом подвергающиеся гидролизу), обладают очень высокой ранозаживляющей активностью. Они стимулируют фагоцитарные функции макрофагов и нейтрофилов, пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов и лейкоцитов. Эти вещества стимулируют рост и развитие клеток соединительной ткани, синтез ими молекул и волокон. Белковополисахаридные комплексы вводили в организм животных с экспериментальными ранами и использовали в качестве основы раневых покрытий или в составе перевязочных средств [13,14].

Протекторный эффект.

Полисахариды, вводимые облученным животным с различными дозами облучения, способствуют активизации миелоидного, эритроидного и лимфоидного ростков кроветворения, в костном мозге и в селезёнке животных. У животных с малыми дозами облучения кроветворные функции почти возвращаются к норме под действием полисахаридов растений. [4].

Полисахариды проявляют протекторную активность при различного рода облучениях, включая ионизирующую радиацию. Крахмал и декстрин увеличивали среднюю продолжительность жизни белых мышей после их облучения сублетальными дозами рентгеновских лучей [23].

Повышение устойчивости к интоксикации.

Пектины различного происхождения, связывают ионы Pb2+, Hg2+ in vitro, у морских свинок резко увеличивая их экскрецию через кишечник и снижают интенсивность интоксикации. Полисахариды применялись для профилактики отравлений ртутью и свинцом. Антидотные свойства пектина подсолнечника установлены при отравлениях кобальтом и стронцием [15,16].

Противоопухолевый эффект.

Ламинарид, вызывает задержку роста саркомы-37 у крыс. Противоопухолевая активность отмечена у полисахаридов золотарника, щавеля, клевера молодых побегов бамбука [11,13], а также полисахаридов растений семейства Rosacea и Asteracea.

Отмечается активирующее влияние полисахаридов женьшеня на свойства макрофагов, нейтрофилов и цитотоксических лимфоцитов. Рост опухолей при этом замедляется, наступает процесс стабилизации и в некоторых случаях уменьшение опухоли [19].

Противоязвенный эффект.

Полисахарид плантаглюцид, выделенный из растений подорожника, используется для лечения язв желудка и двенадцатиперстной кишки [25].

Противовоспалительный эффект.

Введение растительных полисахаридов животным с воспалением тормозит нарастания отека тканей, укорачивает сроки нормализации клеточного состава крови и тканей, укорачивает сроки лечения. Противовоспалительной действие полисахаридов мать и мачехи, донника, липы, женьшеня и других растений сравнимо с действием бутадиона и бруфена, а иногда и превосходят их. [9]

Противовоспалительный растительных полисахаридов реализуется за счет изменения проницаемости сосудистой стенки в очаге воспаления, активации фагоцитоза, ферментной активности фагоцитов и увеличения их количества. Полисахариды активируют процессы синтеза, что ускоряет восстановление структуры ткани в очаге воспаления. Полисахариды усиливают антиоксидантную активность клеток и тканей за счет активации ферментных систем [8,12]. Отмечается высокая противовоспалительная активность сульфатированных

пектинов растений, каррагинина, ламинарида, уменьшающих отек и вызывающих активную пролифирацию клеток синовиальной и коллогеновой тканей [16,17].

Растительные полисахариды оказывают всестороннее воздействие на организм. Исследования по этому вопросу недостаточны и не лишены противоречий. Недостаточно изучено влияние полисахаридов на углеводный обмен, на течение гнойного воспалительного процесса; на физическую работоспособность; на процесс гемокоагуляции.

Экспериментальные и клинические исследования показали, что

полисахариды оказывают всестороннее действие на организм, вызывая многокомпонентную реакцию, повышающую его резистентность [21,23]. Разнообразие сфер применения полисахаридов объясняется тем, что они действуют на центральные регуляторные механизмы организма, направленные на

мобилизацию защитных реакций, способствуя восстановлению нормального состояния-гомеостаза. Защитное действие, обусловленное стимуляцией ретикуло-эндотелиальной системы, проявляется при различной патологии [20,22].

ЛИТЕРАТУРА

1. Афанасьев В. А., Бровкина И. Л., Прокопенко Л. Г. // Человек и его здоровье: Сб. науч. работ. - Курск, 1999. - 71-73 с. - Вып. 2.

2. Базарный В. В., Ястребов А. П. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1993. - № 1.

3. Бышевский А. И., Терсенов О. А. Биохимия для врача. - Изд. «Уральский рабочий», 1994. - 384 с.: ил.

4. Бычков С. М., Кузьмина С. А. // Бюллетень экспер. биологии и медицины. - 1996. - № 2. - С. 124-127.

5. Воргова Л. В., Захаров Ю. М. // Физиологический журнал СССР им. И.

М. Сеченова. - 1989. - Т. 75. - № 6.

6. Воротынская С. Л., Витовская Г. А., Гиршович М. 3., Фролова Н. Ю., Ивин Б. А. // Химико-фармацевтический журнал. - 1995. - № 4. - 41-43 с.

7. Домарацкая Е. И., Прянишникова О. Д., Хрущов Н. Г. // Онтогенез. -1996. - Т. 21. - № 1. - С. 81-88.

8. Донцов В. И., Сычев И. А., Колосова Т. Ю. // Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения: Материалы межрегион.

науч.-практ. конф., / Под ред. В. Г. Макаровой, В. А. Кирюшина. - Рязань, 2000. -С. 204-207.

9. Енгалычева Е. И., Рожкова В. Н., Ладыгина Е. Я. // Фармация. - 1982. - № 2. - С. 37-39.

10. Захаров Ю. М. // Физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 1991.

- Т. 77. - № 12. - С. 91-101.

11. Конопля Е. Н., Прокопенко Л. Г., Конопля Н. А., Сухомлинов Ю. А. // Фармацевтическая наука в решении вопросов лекарственного обеспечения: Сб. ст.

- М., 1998. - С. 266-270.

12. Константинова Н. А. и др. // Антибиотики и химиотерапия. - 1989. -

Т. 34. - 10. - С. 755-760.

13. Коссиор Л. А., Караваева А. В., Ананьева Е. П. // Четвертый Международный съезд «Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения», Великий Новгород, 29 июня - 1 июля 2000 г.: Материалы съезда. - СПб., 2000. - 168-172 г.

14. Кузнецова Т. А., Беседнова Н. Н., Мамаев А. Н. и др. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины: - М.: РАМН, 2003. - Т. 136. - № 11. - С. 532-534.

15. Максимова О. В., Максимов М. Ф., Конопля Е. Н. // Человек и его здоровье: (Сб. науч. работ). - Курск, 2000. - Вып. 3. С. 208-209.

16. Мансимова О. В., Конопля Е. Н., Сухомлинов Ю. А. // Человек и его здоровье: Сб. науч. работ. - Курск, 1998. - 120-121 с.

17. Маркизов П. В. // Тибетская медицина: Состояние и перспективы исслед.: (Сб. науч. работ). - Улан-Удэ, 1994. - С. 150-154.

18. Потиевский Э. Г. // Мор. медицинский журнал. - 1999. - № 2. - С. 4546.

19. Сергеев А. В., Ревадова Е. С., Денисова С. И., Калацкая О. В., Рытенко А. Н., Чистякова Л. П. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1985. - Т. 100. - № 12. - С. 741-743.

20. Сычев И. А., Подколзин А. А., Донцов В. И., Кобелева Г. Ю., Харченко О. Н. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1996. - №

6. - С. 661-663.

21. Сычев И. А. // Российский медико-биологический вестник им. акад. И. П. Павлова. - Рязань; М.: НПЦ «Информационные технологии», 2004. - № 3-4. - С. 24-29.

22. Сычев И. А., Смирнов В. М. // Вестник Российского государственного медицинского университета. - 2004. - № 6(37).-С. 85-95.

23. Сычев И. А., Порядин Г. В., Смирнов В. М. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2006. - № 5. - С. 530-533.

24. Утешев Б. С., Афанасьев В. А., Ласкова И. Л. // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 1999. - Т. 62. - № 6. - С. 52-55.

25. Чекулаева Г. Ю. Сборник // Актуальные вопросы общей патологии / Ряз. гос. мед. ун-т им. И. П. Павлова,- Рязань: РязГМУ, 2002. - Т. 1. - С. 53-55.

BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE VEGETABLE POLYSACCHARIDES

I.A. Sytchev, O.V. Kalinkina., E.A. Lacksaeva

The polysaccharides of plants have the following, influence: on the antiinflammatory, antioxidation, and anticancer activity, These momolecules stimulate the processes of the hemopoesis activate the functions of the immune system both by infusion body healhy animals and animals whis with different sorts of patology.

Key words: plant polysaccharides hematopoiesis, anemia, radiation, inflammation, wound healing, bone marrow, spleen, thymus, phagocytosis.

Сычев Игорь Анатольевич - доктор биологических наук, заведующий кафедрой общей химии ГОУ ВПО Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Росздрава; [email protected]

Углеводы. Строение, свойства и функции углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой Cn(H2O)m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

  1. моносахариды или простые сахара;
  2. олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
  3. полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C3), тетрозы (C4), пентозы (C5), гексозы (C6), гептозы (C7).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген. Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза - в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO2 в темновой фазе фотосинтеза).

Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.

Читать далее

Углеводы клетки их функции, классификация

Углеводы (сахара) - это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп. Общая формула углеводных соединений записывается как Сx2О)y где x и y могут иметь разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Классификация углеводов

Особенности строения, структура, функции

Представители

Моносахариды

(растворимые углеводы)

Это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка, при одном из атомов углерода которой находится карбонильная группа (=С=O), а при всех остальных — по одной гидроксогруппе (-ОН).

В зависимости от числа атомов углерода выделяют триозы (х = 3), тетрозы (х = 4), пентозы (х = 5), гексозы (х = 6) и т. д.

В зависимости от того, входит в состав моносахарида альдегидная (-CНO) или кетогруппа (-CO-), их разделяют на альдозы (R-CHO) и кетозы (R1-CO-R2).

Стереоизомерия моносахаридов - все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы, они одинаковы по составу и молек. массе, но различны по строению или расположению атомов. Ниже пример слева D-глицеральдегид, а справа L-глицеральдегид

 

Глюкоза,

фруктоза,

пентоза

Олигосахариды

(дисахариды)

Олигосахариды - это короткие (часто из 6-12 единиц) продукты конденсации моносахаридов. Они могут связываться с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) и формировать гликокаликс - внешнюю оболочку животной клетки. Они также играют важную роль в межклеточном узнавании и в иммунном ответе.

Среди дисахаридов наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза: 

глюкоза + глюкоза = мальтоза;

глюкоза + галактоза = лактоза;

глюкоза + фруктоза = сахароза. 

В природных дисахаридах кольца моносахаридов объединены гликозидными связями. Они чаще всего образуются между альдегидной или кетогруппой (т.е. редуцирующей группой) одного моносахарида и гидроксильной группой другого.

Мальтоза,

сахароза,

лактоза

Полисахариды

Полисахариды являются биологическими полимерами, образующиеся из моносахаридных субъединиц (мономеров) путем гликозидного связывания, в первую очередь D-глюкозы. Субъединицы объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекул воды), а разделяются путем гидролиза (разрушение связей с участием воды). Плохо растворяются в воде. Необходимы для жизнедеятельности животных и растений.

 

целлюлоза,

крахмал,

гликоген,

хитин.

Таблица углеводов и их функции 

Углевод

Функции и строение углеводов

Углеводы моносахариды

Глюкоза

(декстроза или D-глюкоза)

Представляет собой моносахарид (одиночный сахар) с эмпирической формулой СnН2nОn. Она относится к гексозам, так как их молекулы имеют шесть атомов углерода. Наиболее распространенный дыхательный субстрат (т.е. источник энергии). источник энергии живых организмов - входит в состав переносчиков электронов NAD, РАD и NADР и переносчика энергии аденозинтрифосфата (АТР).

Фруктоза

Изомер глюкозы СnН2nОn , один из наиболее распространенных  в природе сахаров. Компонент семенной жидкости. Пищевым источником являются фрукты. Примерно 1 из 20000  человек страдает непереносимостью фруктозы, которая может привести к повреждению печени и почек или к гипогликемии.

Углеводы олигосахариды

Сахароза (глюкозо-фруктоза)

Наиболее распространена в растениях. Сахарозу получают обычно из сахарного тростника и сахарной свеклы и используют как подсластитель.

Лактоза (глюкозо-галактоза)

Источник углеводов для детенышей млекопитающих. В молоке содержится около 5% лактозы.

Углеводы полисахариды

Крахмал

Крахмал состоит из двух полимеров а-глюкозы: амилоза обычно содержит около 300 молекул глюкозы, соединенных
а-1,4-гликозидными связями. Из-за массивных боковых цепей на стороне -СН2ОН молекула принимает форму спирали (наиболее удачна для упаковки большого количества субъединиц в ограниченном пространстве). Поскольку молекула крахмала имеет так мало свободных концов, гидролизующий фермент амилаза имеет мало доступных точек для ее расщепления. Благодаря этому крахмал - превосходное запасное вещество.

Амилопектин

Это разветвленная цепь, включающая до 1500 глюкозных субъединиц. Отдельные а-1,4-цепи связаны между собой а-1,6-гликозидными связями.

Гликоген

Это полимер а-глюкозы, очень похожий на амилопектин, но с гораздо меньшим количеством поперечных связей и с более короткими а-1,4-цепями. Это больше подходит животным клеткам, которые запасают питательные вещества на менее долгие сроки, чем растительные клетки.

Целлюлоза

Целлюлоза - это полимер глюкозы, соединенной β-1,4-гликозидными связями. При β-конформации каждая последующая субъединица переворачивается, так что полимер имеет форму прямой цепи. Затем параллельные полисахаридные цепи связываются поперечными водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасной структурной молекулой (целлюлозные клеточные стенки). Она идеальна для растений, которые легко могут синтезировать большое количество углеводов.

Хитин

Структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак - Минск — 2011.



Структура и функции углеводов

Результаты обучения

  • Различия между моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами
  • Определите несколько основных функций углеводов

Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне.Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи - все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n - количество атомов углерода в молекуле.Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды ( моно, - = «один»; сахар, - = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза.В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются на суффикс - ose . Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R '), он известен как кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода).См. Рисунок 1 для иллюстрации моносахаридов.

Рис. 1. Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 .У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза и фруктоза - другие распространенные моносахариды: галактоза содержится в молочном сахаре, а фруктоза - во фруктовых сахарах.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 2).

Практический вопрос

Рис. 2. Глюкоза, галактоза и фруктоза - это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C6h22O6), но другое расположение атомов.

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Показать ответ

Глюкоза и галактоза - альдозы. Фруктоза - это кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рис. 3). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).Если гидроксильная группа находится ниже углеродного номера 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 3. Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, на которой оно замыкается, фиксируется в положении α или β. Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды ( ди - = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рис. 4).Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 находится выше плоскости кольца.

Рис. 4. Сахароза образуется, когда мономер глюкозы и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи. При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе.В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 5). Лактоза - это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рис. 5. Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид ( поли - = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал - это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза.Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены гликозидными связями α, 1-4 или α, 1–6. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рисунке 6, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Рис. 6. Амилоза и амилопектин - две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных гликозидными связями α 1,4 и α 1,6. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Гликоген - это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза - самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны гликозидными связями β, 1-4 (рис. 7).

Рис. 7. В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке 7, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, могут с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Рис. 8. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. У членистоногих (насекомых, ракообразных и др.) Есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно у пчелы на Рисунке 8).

Этот экзоскелет сделан из биологической макромолекулы хитина, представляющей собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство на территории Эукарии.

Вкратце: структура и функции углеводов

Углеводы - это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы в растениях и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

сахарных полимеров | BioNinja

Применение:

• Структура и функции целлюлозы и крахмала в растениях и гликогена у человека


Полисахариды представляют собой углеводные полимеры, состоящие из множества (от сотен до тысяч) моносахаридных мономеров

Тип образующегося полимера зависит от задействованных моносахаридных субъединиц и структуры связи между ними

Три ключевых полимера могут быть получены из моносахаридов глюкозы - целлюлоза, крахмал (в растениях) и гликоген (в животных)

Целлюлоза

Целлюлоза представляет собой структурный полисахарид, который находится в клеточной стенке растений

Это линейная молекула, состоящая из β -глюкозных субъединиц (связанных в 1-4)

Поскольку он состоит из β-глюкозы, он не усваивается большинством животных (не хватает фермента, необходимого для его расщепления)

  • Жвачные животные (e.грамм. коровы) могут переваривать целлюлозу из-за наличия полезных бактерий в специализированном желудке
  • Цекотрофы (например, кролики) повторно поглощают специализированные фекалии, содержащие переваренную целлюлозу (расщепленную в слепой кишке)

Крахмал

Крахмал полисахарид-накопитель энергии, обнаруженный в растениях

Он состоит из α -глюкозных субъединиц (связанных в порядке 1-4) и существует в одной из двух форм - амилоза или амилопектин

  • Амилоза представляет собой линейную (спиральную) молекулу в то время как амилопектин является разветвленным (содержит дополнительные 1-6 связей)
  • Амилоза труднее переваривается и менее растворима, однако, поскольку она занимает меньше места, является предпочтительной формой хранения в растениях

Гликоген

Гликоген представляет собой полисахарид-накопитель энергии, образующийся в печени животных

Он состоит из α -глюкозных субъединиц, связанных вместе как 1-4 связями, так и 1-6 связями (br прикрепление)

  • Он похож на амилопектин в растениях, но более разветвлен (1-6 связей встречаются каждые ~ 10 субъединиц, а не ~ 20)

Полисахариды глюкозы

Навык:

• Использование программного обеспечения молекулярной визуализации для сравнения целлюлозы, крахмала и гликогена


Чтобы просмотреть структуры сахара * через интерактивные всплывающие окна, щелкните имя структуры ниже:

* Структуры, щедро предоставленные Ричардом Стейном и профессором Пилар Рока - запускайте с помощью апплета JsMol


Молекулярные изображения полимеров глюкозы

3.2 Углеводы - Биология для курсов AP®

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Какова роль углеводов в клетках и во внеклеточном материале животных и растений?
  • Какие существуют классификации углеводов?
  • Как моносахаридные строительные блоки собираются в дисахариды и сложные полисахариды?

Соединение для курсов AP

®

Углеводы обеспечивают энергией клетки и поддерживают структуру растений, грибов и членистоногих, таких как насекомые, пауки и ракообразные.Состоящие из углерода, водорода и кислорода в соотношении CH 2 O или углерода, гидратированного водой, углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в макромолекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате дегидратационного синтеза. Глюкоза, галактоза и фруктоза - обычные изомерные моносахариды, тогда как сахароза или столовый сахар - дисахариды. Примеры полисахаридов включают целлюлозу и крахмал в растениях и гликоген у животных.Хотя хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее менее доступной для метаболизма, это предотвращает ее утечку из клеток или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой. У насекомых жесткий внешний скелет из хитина, уникального азотсодержащего полисахарида.

Представленная информация и примеры, выделенные в разделе, поддерживают концепции и цели обучения, изложенные в Большой идее 4 Структуры учебной программы по биологии AP ® .Цели обучения, перечисленные в структуре учебной программы, обеспечивают прозрачную основу для курса биологии AP ® , лабораторного опыта на основе запросов, учебных мероприятий и вопросов экзамена AP ® . Цель обучения объединяет требуемый контент с одной или несколькими из семи научных практик.

Большая идея 4 Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия обладают сложными свойствами.
Постоянное понимание 4.A Взаимодействия внутри биологических систем приводят к сложным свойствам.
Основные знания 4.A.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 7,1 Учащийся может связывать явления и модели в пространственных и временных масштабах.
Цель обучения 4,1 Учащийся может уточнить представления и модели, чтобы объяснить, как подкомпоненты биологического полимера и их последовательность определяют свойства этого полимера.
Основные знания 4.A.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 1.3 Студент может уточнить представления и модели природных или антропогенных явлений и систем в предметной области.
Цель обучения 4,2 Учащийся может уточнить представления и модели, чтобы объяснить, как подкомпоненты биологического полимера и их последовательность определяют свойства этого полимера.
Основные знания 4.A.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 6,1 Студент может обосновать свои претензии доказательствами.
Научная практика 6,4 Студент может делать утверждения и предсказания о природных явлениях на основе научных теорий и моделей.
Цель обучения 4,3 Учащийся может использовать модели для прогнозирования и обоснования того, что изменения в подкомпонентах биологического полимера влияют на функциональность молекул.

Задачи по научной практике содержат дополнительные тестовые вопросы для этого раздела, которые помогут вам подготовиться к экзамену AP. Эти вопросы касаются следующих стандартов:
[APLO 4.15] [APLO 2.5]

Молекулярные структуры

Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне.Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи - все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n - количество атомов углерода в молекуле.Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи.Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R '), он известен как кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. Рисунок 3.5 для иллюстрации моносахаридов.

Рисунок 3.5 Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют трех-, пяти- и шестиуглеродные скелеты соответственно.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 . У человека глюкоза является важным источником энергии.Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) - другие распространенные моносахариды.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 3.6).

Визуальное соединение

Рис. 3.6. Глюкоза, галактоза и фруктоза - это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), но другое расположение атомов.

Определите каждый сахар как альдозу или кетозу.
  1. фруктоза
  2. галактоза
  3. глюкоза
  1. Глюкоза и галактоза - альдозы. Фруктоза - это кетоза
  2. Глюкоза и фруктоза - альдозы. Галактоза - это кетоза.
  3. Галактоза и фруктоза относятся к кетозам. Глюкоза - это альдоза.
  4. Глюкоза и фруктоза относятся к кетозам. Галактоза - это альдоза.

Глюкоза, галактоза и фруктоза представляют собой изомерные моносахариды (гексозы), что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но имеют немного разные структуры.Глюкоза и галактоза - это альдозы, а фруктоза - кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рис. 3.7). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится под номером углерода 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 3.7 Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β . Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации).Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рис. 3.8). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа.

Рис. 3.8 Сахароза образуется, когда мономер глюкозы и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи.При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе. В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 3.9). Лактоза - это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рис. 3.9. Обычные дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров.Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал - это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рисунке 3.10, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Рис. 3.10. Амилоза и амилопектин - две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 и α 1,6 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Поддержка учителей

  • Получите копии метаболических диаграмм и используйте их, чтобы проиллюстрировать студентам связь между углеводным обменом, производством и распадом липидов и аминокислот. Попросите учащихся проследить молекулу глюкозы через ее метаболизм и определить точки связи между путями макромолекул. Спросите студентов, что происходит, когда перерабатывается избыток сахара на молекулярном уровне.
  • Попросите класс исследовать опасность избыточного потребления углеводов, включая возможные опасности для здоровья.Предложите им изучить состояние, имеющее отношение к их семье.
  • Углеводы или сахара - это не только столовый сахар. Все они имеют основную формулу CH 2 O. Соотношение углерода, водорода и кислорода всегда одинаково. Количество атомов углерода определяет категорию сахара. Биологические сахара обычно представляют собой пентозы (5 атомов углерода или C 5 H 10 O 5 ) или гексозы (6 атомов углерода или C 6 H 12 O 6 ).
  • Моносахариды являются строительными блоками всех сахаров.Если объединить два, они представляют собой дисахариды; если их объединить более двух, они образуют большую молекулу, называемую полисахаридом. Тип связи между мономерами определяет, могут ли животные их переваривать. Если кислород, связывающий мономеры, ориентирован вниз по отношению к обоим соседним атомам углерода, это называется альфа-связью и может перевариваться. Если атом кислорода ориентирован вверх по отношению к одному углероду и вниз по отношению к следующему, это называется бета-связью и не может перевариваться пищеварительными ферментами животных.
  • В Соединенных Штатах люди потребляют большое количество углеводов, часто в виде сахаров. При расщеплении углеводы являются непосредственным источником энергии. Они также участвуют в метаболизме других типов макромолекул. Сахара могут быть преобразованы в ряд аминокислот, нуклеиновых кислот и жиров, если это необходимо организму.

Гликоген - это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц.Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза - самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны β 1-4 гликозидными связями (рис. 3.11).

Рис. 3.11. В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями.Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке 3.11, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде вытянутых длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток. Хотя связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы и буйволы, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать растительный материал, богатый целлюлозой. и использовать его как источник пищи.У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в пищеварительной системе травоядных и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе некоторых жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно на пчеле на рис. 3.12). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, который представляет собой азотсодержащий полисахарид. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство на территории Эукарии.

Рис. 3.12. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Связь с карьерой

Зарегистрированные диетологи помогают планировать программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для лечения и профилактики заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом, как контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов.Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или другой смежной области. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в области химии и физиологии (биологических функций) пищи (белков, углеводов и жиров).

Преимущества углеводов

Полезны ли углеводы? Некоторые люди считают, что углеводы вредны для них, и их следует избегать. Некоторые диеты полностью запрещают потребление углеводов, утверждая, что низкоуглеводная диета помогает людям быстрее похудеть. Однако углеводы были важной частью рациона человека на протяжении тысячелетий; артефакты древних цивилизаций свидетельствуют о наличии пшеницы, риса и кукурузы в хранилищах наших предков.

Углеводы следует дополнять белками, витаминами и жирами, чтобы они были частью хорошо сбалансированной диеты.С точки зрения калорийности грамм углеводов обеспечивает 4,3 ккал. Для сравнения, жиры дают 9 Ккал / г, менее желательное соотношение. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы; нерастворимая часть известна как клетчатка, которая в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений; он способствует регулярному опорожнению кишечника за счет увеличения объема и регулирует скорость потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает удалить излишки холестерина из организма: клетчатка связывается с холестерином в тонком кишечнике, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток, а затем холестерин выходит из организма через кал.Кроме того, еда, содержащая цельнозерновые и овощи, дает ощущение сытости. В качестве непосредственного источника энергии глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая валюта клетки. Без потребления углеводов доступность «мгновенной энергии» была бы уменьшена. Некоторым людям может потребоваться исключение углеводов из рациона, но такой шаг может оказаться полезным не для всех.

Ссылка на обучение

Чтобы получить дополнительную информацию об углеводах, изучите «Биомолекулы: углеводы» с помощью этой интерактивной анимации.

Клетчатка на самом деле не является питательным веществом, потому что она проходит через наш организм непереваренной. Почему клетчатка не переваривается и почему она важна для нашей диеты?

  1. Ферменты, необходимые для переваривания целлюлозы, не производятся в организме человека; непереваренная клетчатка увеличивает объем пищи, облегчая опорожнение кишечника.
  2. Ферменты, переваривающие целлюлозу, не могут связываться с целлюлозой из-за изменения активных центров; непереваренная клетчатка увеличивает объем пищи, облегчая опорожнение кишечника.
  3. Ферменты, необходимые для переваривания целлюлозы, в организме человека не производятся; клетчатка производит энергию для обмена веществ.
  4. Конкурентные ингибиторы не являются причиной неперевариваемости клетчатки.

Подключение к научной практике для курсов AP®

Действия

Используйте набор молекулярных моделей, чтобы сконструировать полисахарид из нескольких различных мономеров моносахаридов. Объясните, как структура полисахарида определяет его основную функцию как молекулы хранения энергии.Затем используйте свою модель, чтобы описать, как изменения в структуре приводят к изменениям в функциях.

Подумай об этом
  • Объясните, почему спортсмены часто «загружают углеводы» перед большой игрой или турниром.
  • Объясните, почему некоторым животным, в том числе людям, трудно переваривать целлюлозу. Опишите структурную разницу между целлюлозой и крахмалом, который легко усваивается человеком. Как коровы и другие жвачные животные могут переваривать целлюлозу?

Поддержка учителей

Это упражнение является применением Задачи обучения 4.1 и научная практика 7.1 и цель обучения 4.3 и научная практика 6.1 и 6.4, потому что студенты сначала создают модель, чтобы показать связь между структурой и функцией на молекулярном уровне, а затем используют модель, чтобы предсказать, как изменения в структуре на молекулярном уровне могут повлиять на свойства и функции молекулы.

Первый вопрос «Подумайте об этом» - это применение Задачи обучения 4.1 и Практики 7.1, потому что студенты связывают структуру молекулы с ее функцией.

Второй вопрос «Подумай об этом» - это применение Цели обучения 4.1, Научной практики 7.1, Задачи обучения 4.2 и Научной практики 1.3, поскольку студенты используют представления о структурных особенностях молекул для объяснения взаимосвязи между их структурой и функцией свойств (s ).

Полисахарид: определение и примеры - видео и стенограмма урока

Полисахарид: истинная или ложная активность

Это задание поможет оценить ваши знания об определении и важности полисахарида в повседневной жизни.

Проезд

Определите, верны ли следующие утверждения. Для этого распечатайте или скопируйте эту страницу на чистый лист и подчеркните или обведите ответ.

Верно | Неверно 1. Крахмал - это тип углеводов, образующийся из спиральной цепи молекул глюкозы.

Верно | Неверно 2. Хитин - это встречающийся в природе полисахарид, который действует как структурный компонент многих животных.

Верно | Ложь 3.Полисахариды - это простейшая форма сахара и самые основные углеводы.

Верно | Неверно 4. Гликозидные связи - это химические связи между моносахаридными единицами длинноцепочечных углеводов.

Верно | Неверно 5. Молекула с химической формулой (C6h20O5) 20 классифицируется как полисахарид.

Верно | Неверно 6. Амилоза - более жесткий углевод, чем целлюлоза.

Верно | Ложь 7.Экзоскелет или жесткая внешняя структура насекомого состоит из хитина.

Верно | Неверно 8. Молекула гликогена является основной формой хранения углеводов у животных.

Верно | Неверно 9. Целлюлоза - это природный структурный полисахарид, обнаруженный у животных.

Верно | Неверно 10. Существует три типа полисахаридов на основе углеродных цепей: линейные, разветвленные и структурные.

Ключ ответа

  1. Неверно, потому что правильное утверждение: крахмал - это тип углеводов, который образуется из линейной цепи молекул глюкозы.
  2. Правда
  3. Неверно, потому что правильное утверждение звучит так: моносахариды - это простейшая форма сахара и самая основная единица углеводов.
  4. Правда
  5. Неверно, потому что правильное утверждение: молекула с химической формулой (C6h20O5) 50 классифицируется как полисахарид.
  6. Неверно, потому что правильное утверждение: амилоза - это менее жесткий углевод, чем целлюлоза.
  7. Правда
  8. Правда
  9. Неверно, потому что правильное утверждение: целлюлоза - это естественный структурный полисахарид, содержащийся в растениях.
  10. Неверно, потому что правильное утверждение: существует два типа полисахаридов на основе углеродных цепей, а именно линейные и разветвленные.

№ 9. Углеводы - полисахариды | Биологические заметки для уровня

Молекулы содержат сотни / тысячи моносахаридов , связанных в длинные цепи.
Молекулы огромны -> большинство не растворяются в воде -> хороши для хранения энергии ( крахмал и гликоген ) или , образующих прочные структуры ( целлюлоза ).



1. Хранение полисахаридов


Гликоген животных и грибов)

  • Состоит из молекул α-глюкозы, связанных между собой гликозидными связями .
  • Большинство связей представляют собой связи α1-4 (C1 на одной глюкозе + C4 на следующей)
  • Есть от 1 до 6 звеньев, которые образуют ответвления в цепи.
  • Связи могут гидролизоваться ферментами карбогидразы с образованием моносахаридов, используемых при дыхании.
  • Ветви увеличивают скорость гидролиза.
1–4 и 1–6 звеньев в гликогене.

Крахмал (в растениях)

  • Смесь амилозы и амилопектина . Обе формы крахмала представляют собой полимеры α-глюкозы. Натуральные крахмалы содержат 10-20% амилозы и 80-90% амилопектина.
  • Молекула амилозы представляет собой очень длинную цепь с 1-4 звеньями.Цепь закручивается в спираль, форма которой удерживается Н-связями между звеньями глюкозы.
  • Амилопектин отличается от амилозы высокой степенью разветвленности. Короткие боковые цепи из примерно 30 глюкозных единиц связаны с 1-6 связями примерно через каждые 20-30 глюкозных единиц вдоль цепи.
2. Структурные полисахариды
Стенки растительных клеток содержат полисахарид , целлюлоза:
  • Состоит из множества молекул β-глюкозы, связанных β 1–4 звеньями.
  • Соседние молекулы глюкозы в цепи перевернуты друг относительно друга.
  • Цепь прямая (не спиральная).
  • Н-связей между цепями -> очень прочные микрофибрилл -> клеточная стенка не будет легко разрушаться, если растительная клетка поглощает воду; трудно переваривать (у некоторых организмов есть фермент, который может разорвать связи β 1-4).

Программа обучения 2015

(c) описать образование и разрыв гликозидной связи со ссылкой как на полисахариды, так и на дисахариды, включая сахарозу;

(d) описать молекулярную структуру полисахаридов, включая крахмал (амилозу и амилопектин), гликоген и целлюлозу, и связать эти структуры с их функциями в живых организмах;


Программа обучения 2016 -2018


c) описать образование гликозидной связи путем конденсации со ссылкой как на полисахариды, так и на дисахариды, включая сахарозу.

г) описать разрыв гликозидных связей в полисахаридах и дисахаридах путем гидролиза со ссылкой на тест на невосстанавливающий сахар

д) описать молекулярную структуру полисахаридов, включая крахмал (амилозу и амилопектин), гликоген и целлюлозу, и связать эти структуры с их функциями в живых организмах

полисахаридов | Энциклопедия.com


Полисахариды - это длинные полимеры моносахаридов и их производных. В отличие от белков или нуклеиновых кислот, эти полимеры могут быть линейными или разветвленными, и они могут содержать только один тип моносахаридов (гомополисахариды) или более одного типа (гетерополисахариды). Полисахариды также можно условно разделить на группы в соответствии с их двумя основными функциями: накопление энергии и их вклад в структурные компоненты клеток.

Крахмал - основной запас энергии растений; гликоген является основным запасом энергии у животных.Крахмал представляет собой гомополисахарид и имеет две формы: амилопектин и α -амилоза. В природе крахмал составляет примерно от 10 до 30 процентов α -амилозы. Альфа-амилоза представляет собой полимер с линейной цепью, состоящий из остатков глюкозы, остатков в α (1 → 4) связях. Его молекулярная масса варьируется от нескольких тысяч до более одного миллиона граммов (2205 фунтов) на моль. В отличие от амилопектина, который содержит от 70 до 90 процентов природного крахмала, α -амилоза является полисахаридом разветвления.Хотя амилопектин, как и α -амилоза, полностью состоит из α -глюкозы, его остатки α -глюкозы соединены не только α (1 → 4) связями, но и α (1 → 6) точки ветвления. Разветвления встречаются через каждые двенадцать-тридцать остатков в цепи из α (1 → 4) связанных глюкоз. В результате амилопектин имеет один восстанавливающий конец и множество невосстанавливающих концов. Амилопектин и α -амилоза расщепляются ферментом амилазой.У животных α -амилаза слюны начинает процесс пищеварения во рту. Панкреатическая α -амилаза продолжает процесс в кишечнике.

Гликоген - это углевод, запасающий энергию у животных. Гликоген содержится в основном в печени (где он отвечает за до 10 процентов массы печени) и скелетных мышцах (от 1 до 2 процентов массы скелетных мышц). Подобно амилопектину, он состоит из остатков α -глюкозы в связи α (1 → 4) с точками ветвления α (1 → 6).Однако гликоген разветвляется чаще, чем амилопектин, с разветвлениями через каждые восемь-двенадцать остатков. В результате у него гораздо больше невосстанавливающих концов. Гликоген расщепляется на этих невосстанавливающих концах ферментом гликогенфосфорилазой, высвобождая глюкозу для получения энергии. Имея множество восстанавливающих концов, гликоген легче расщепляется в тех случаях, когда животному требуется внезапный прилив энергии.

Основными структурными гомополисахаридами являются целлюлоза и хитин. Целлюлоза, основной компонент стенок растительных клеток, является самым распространенным природным полимером на Земле.Он отвечает за большую часть массы дерева. Хлопок - это почти чистая целлюлоза. Как и α -амилоза, целлюлоза представляет собой линейный полисахарид, полностью состоящий из глюкозы. Однако в целлюлозе остатки глюкозы встречаются в связи β (1 → 4), а не в связи α (1 → 4) (см. Рисунок 1). Это изменение связи оказывает глубокое влияние на химические и структурные свойства целлюлозы. Молекулы глюкозы в целлюлозе поочередно инвертируются (каждая другая инвертируется), так что каждая цепь имеет сильно вытянутую и жесткую конформацию.Кроме того, отдельные нити целлюлозы могут образовывать водородных связей друг с другом для обеспечения дополнительной прочности. У большинства животных, включая человека, отсутствуют ферменты, необходимые для растворения α (1 → 4) связей, и поэтому они не могут переваривать целлюлозу. Животные, которые могут (например, жвачные) делать это посредством симбиоза с бактериями, которые выделяют ферменты, разрушающие целлюлозу.

Второй по распространенности полимер на Земле - хитин. Хитин составляет большую часть экзоскелетов ракообразных, насекомых и пауков, а также клеточных стенок грибов.По структуре хитин очень похож на целлюлозу, за исключением того, что его основным моносахаридом является N-ацетилглюкозамин. Хитин, как и целлюлоза, имеет повторяющиеся звенья, соединенные β (1 → 4) связями.

см. Также Углеводы; Дисахариды.

Стефани Э. Дью

Библиография

Нельсон, Дэвид Л. и Кокс, Майкл М. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry , 3rd edition. Нью-Йорк: Издательство Worth.

Робит, Джон Ф.(1998). Основы химии углеводов. Нью-Йорк: Спрингер.

Воет, Дональд; Voet, Judith G .; и Пратт, Шарлотта (1999). Основы биохимии. Нью-Йорк: Вили.

Интернет-ресурсы

Американское химическое общество. Отдел химии углеводов. Информация доступна по адресу .

Международный союз теоретической и прикладной химии. Информация доступна по адресу .

Химия: основы и приложения Роса, Стефани Э.

Приложения в биологии и биотехнологии / Полисахариды из биологических отходов New Biomolecules-Life

сахарный тростник или зерновые культуры, такие как кукуруза, ячмень, рис, пшеница и т. Д. (Рис. 15 ). Такие отходы также классифицируются как «остатки лигноцеллюлозы»

: лигноцеллюлоза представляет собой комплекс целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина

, который характерен для клеточной стенки растений.

Среди наиболее распространенных сельскохозяйственных и лигноцеллюлозных остатков жмых сахарного тростника и зерновые

солома являются особенно интересными источниками полисахаридов из-за их общего годового производства и значительного содержания лигноцеллюлозы

.

По данным FAOSTAT, мировое производство сахарного тростника в 2012 году превысило

1000 млн тонн. Жмых сахарного тростника, т. Е. Остатки измельчения тростника для извлечения сахарного сока,

составляет около 30% всего растения, и, кроме того, он состоит из целлюлозы (40–45%) и гемицеллюлозы

(30–35%). лигнин (Cardona et al. 2010).

Маниока - клубнеплодная культура, которая является основным продуктом питания более 700 миллионов человек в Азии.

(где она известна как тапиока), Латинской Америке и Африке.По данным ФАО, ее мировая добыча

в 2012 году составила около 263 млн тонн в год

À1

. Обработка маниоки для fl нашего производства и экстракция крахмала

из клубней приводит к получению кожуры и твердого остатка, жмыха

, который все еще сохраняет высокий уровень крахмала, который действительно (в пересчете на массу) составляет около 50%

биомасса (Pandey and Nigam 2009).

Что касается зерновых культур, то основные пожнивные остатки, оставшиеся после уборки урожая, представлены соломой, которая составляет более 50% урожая

: поскольку в последние годы мировое производство зерновых в среднем

составляло около 2600 млн тонн (ФАО data), можно оценить, что потенциально 1300 Мт из этих

лигноцеллюлозных остатков производятся и могут использоваться в качестве ценных источников углеводного полимера

.

Мировое производство кукурузы, как упоминалось в предыдущем разделе, составляет около 800 миллионов тонн в год:

собирают только зерна и используют их в пищу, в то время как другие компоненты (листья,

скорлупа, стебли) оставляют на земля. Остатки кукурузы от уборки, т. Е. Солома кукурузы, составляют

около 85% растений; таким образом, общее количество таких отходов составляет около 700 млн тонн в год.

Эти отходы особенно богаты целлюлозой и гемицеллюлозой, поэтому представляют собой основной возобновляемый источник

мировой лигноцеллюлозы (Sanchez-Vazquez et al.2013).

Мировое производство ячменя, овса, риса, сорго и пшеницы в 2012 году, по данным FAOSTAT,

составило 13, 21, 719, 57 и 670 тонн соответственно.

Зерно ячменя используется в качестве корма для животных, в качестве солода и в пищу людям: после сбора урожая основной остаток

состоит из соломы, химический состав которой показывает, что более 60% этой биомассы

состоит из ценных полисахаридов, а именно целлюлоза и гемицеллюлоза. Так как зерновые послеуборочные

пожнивных остатков составляют в среднем 50–75% урожая, следовательно, в случае ячменя потенциально 5.6–9,8

Мт может быть доступно для извлечения полисахаридов.

Овес распространен в регионах с умеренным климатом, и он в основном используется в качестве хлопьев для завтрака, таких как лепешки или

каши; действительно, он не подходит для выпечки, так как в нем отсутствует глютен. Его побочные продукты все еще содержат

значительных количеств как целлюлозы, так и гемицеллюлозы, как показано в Таблице 2. Потенциальные отходы

овса, производимые ежегодно, должны составлять около 42 млн тонн.

Вместе с кукурузой и пшеницей рис является одной из основных зерновых культур в мире, а

является основным производителем Китая; в частности, он также является основным продуктом питания для более чем 50%

населения мира.После сбора урожая рис очищают от шелухи, и полученную солому обычно оставляют на земле

или сжигают: тем не менее, это интересная биомасса лигноцеллюлозы, поскольку она все еще сохраняет заметные количества

целлюлозы и гемицеллюлозы (Таблица 2).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *