Биополимеры углеводы липиды. Углеводы Мономеры углеводов – простые сахара или моносахариды

1. Дайте определения понятий.
Углеводы – органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.
Моносахарид – простой углевод, при гидролизе не расщепляющийся на более простые соединения.
Дисахарид – углевод, представляющий собой соединений из двух моносахаридов.

2. Дополните схему «Разнообразие углеводов в клетке».

3. Рассмотрите рисунок 11 учебника и приведите примеры моносахаридов, в состав которых входит:
пять атомов углерода: рибоза, дезоксирибоза;
шесть атомов углерода: глюкоза, фруктоза.

4. Заполните таблицу.

Биологические функции моно- и дисахаридов

5. Назовите растворимые в воде углеводы. Какие особенности строения их молекул обеспечивают свойство растворимости?
Моносахариды (глюкоза, фруктоза) и дисахариды (сахароза). Их молекулы небольшого размера и полярные, поэтому растворимы в воде. Полисахариды образуют длинные цепи, которые в воде не растворяются

6. Заполните таблицу.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПОЛИСАХАРИДОВ

7. Полисахарид хитин входит в структуру клеточных стенок грибов и составляет основу наружного скелета членистоногих. С каким из известных вам полисахаридов он проявляет функциональное сходство? Ответ обоснуйте.
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.

8. Дайте определения понятий.
Полипептид - химическое вещество, состоящее из длинной цепи аминокислот, связанных пептидными связями.
Денатурация - потеря белками или нуклеиновыми кислотами их естественных свойств вследствие нарушения пространственной структуры их молекул.
Ренатурация - восстановление (после денатурации) биологически активной пространственной структуры биополимера (белка или нуклеиновой кислоты).

9. Объясните утверждение: «Белки - носители и организаторы жизни».
По Энгельсу «Всюду, где есть встречаем жизнь, она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое не находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни...». «Жизнь есть способ существования белковых тел...».

10. Напишите общую структурную формулу аминокислоты. Объясните, почему мономер белка носит такое название.
RCH(NH2)COOH. Аминокислоты объединяют в себе свойства кислот и аминов, т. е. содержат наряду с карбоксильной группой -COOH аминогруппу -NH2.

11. Чем отличаются друг от друга различные аминокислоты?
Аминокислоты отличаются друг т друга по строению радикала.

12. Заполните кластер «Многообразие белков и их функции».
Белки: гормоны, транспортные белки, ферменты, токсины, антибиотики, запасные белки, защитные белки, двигательные белки, структурные белки.

13. Закончите заполнение таблицы.

14. Пользуясь учебником, объясните суть высказывания: «Биохимические реакции, протекающие в присутствии ферментов, - основа жизнедеятельности клеток».
Белки-ферменты катализируют множество реакций, обеспечивают слаженность ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.

15. Приведите примеры белков, участвующих в перечисленных процессах.
Бег, ходьба, прыжки – актин и миозин.
Рост – соматотропин.
Транспорт кислорода и углекислого газа в крови – гемоглобин.
Рост ногтей и волос – кератин.
Свертывание крови – протромбин, фибриноген.
Связывание кислорода в мышцах – миоглобин.

16. Установите соответствие между конкретными белками и их функциями.
1. Протромбин
2. Коллаген
3. Актин
4. Соматотропин
5. Гемоглобин
6. Инсулин
Роль в организме
A. Сократительный белок мышц
Б. Гормон гипофиза
B. Обеспечивает свертываемость крови
Г. Входит в состав волокон соединительной ткани
Д. Гормон поджелудочной железы
Е. Переносит кислород

17. На чем основано дезинфицирующее свойство этилового спирта?
Он разрушает белки (в т. ч. токсины) бактерий, приводит к их денатурации.

18. Почему вареное яйцо, погруженное в холодную воду, не возвращается к исходному состоянию?
Происходит необратимая денатурация белка куриного яйца под воздействием высокой температуры.

19. При окислении 1 г белков выделяется столько же энергии, сколько при окислении 1 г углеводов. Почему организм использует белки как источник энергии только в крайних случаях?
Функции белков – это, во-первых, строительная, ферментативная, транспортная функции, и только в крайних случаях организм использует или тратит белки на получение энергии, только тогда, когда в организм не поступают углеводы и жиры, когда организм голодает.

20. Выберите правильный ответ.
Тест 1.
Белки, увеличивающие скорость химических реакций в клетке:
2) ферменты;
Тест 2.
Мономер сложных углеводов - это:
4) глюкоза.
Тест 3.
Углеводы в клетке не выполняют функцию:
3) хранения наследственной информации.
Тест 4.
Полимер, мономеры которого располагаются в одну линию:
2) неразветвленный полимер;
Тест 5.
В состав аминокислот не входит:
3) фосфор;
Тест 6.
У животных гликоген, а у растений:
3) крахмал;
Тест 7.
У гемоглобина есть, а у лизоцима нет:
4) четвертичной структуры.

21. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.

22. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.
Выбранный термин: дезоксирибоза.
Соответствие: термин соответствует значению. Это дезоксисахар - производное рибозы, где гидроксильная группа у второго атома углерода замещена водородом с потерей атома кислорода (дезокси - отсутствие атома кислорода).

23. Сформулируйте и запишите основные идеи § 2.5.
Углеводы и белки относятся к органическим веществам клетки. К углеводам относятся: моносахариды (рибоза, дезоксирибоза, глюкоза), дисахариды (сахароза), полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин). В организме они выполняют функции: энергетическую, запасающую, структурная.
Белки, мономерами которых являются аминокислоты, имеют первичную, вторичную, третичную и часто четвертичную структуры. Выполняют в организме важные функции: являются гормонами, ферментами, токсинами, антибиотиками, запасными, защитными, транспортными, двигательными и структурными белками.

Основные типы биополимеров

Углеводы

• Мономеры углеводов – простые сахара или моносахариды. Чаще всего это глюкоза и фруктоза. Самая важная функция моносахаридов – обеспечение организма энергией. В живых клетках простые сахара расщепляются до двуокиси углерода и воды , что сопровождается высвобождением энергии. Эту энергию клетки используют для своих разнообразных нужд.

• Глюкоза – это базовая форма, которая хранится в человеческом организме, как запас энергии в виде гликогена в мышцах и печени. В природе глюкоза содержится в сладких фруктах и овощах: винограде, ягодах, апельсинах, моркови, кукурузе. Глюкоза также производится в промышленном масштабе. Пример – кукурузный сироп

• Фруктоза содержится в меде , спелых сладких фруктах и овощах. Перед усвоением глюкозы, организм должен сначала конвертировать фруктозу в глюкозу.

Строение молекулы глюкозы Линейная форма глюкозы: СНОСН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН2(ОН)

• Глюкоза преимущественно существует в циклическом виде. Известны a- и b-формы циклической глюкозы, различающиеся ориентацией гидроксила при С-1:

Простые сахара могут соединяться друг с другом, образуя дисахариды

• Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы , тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах.

• Лактоза – молочный сахар, единственный углевод животного происхождения, поэтому очень важный в питании человека. Содержание лактозы в молоке зависит от вида молока и варьируется от 2 до 8%.

• Мальтоза - солодовый сахар , формируется в процессе образования солода и ферментации винограда. Присутствует в пиве, мюслях и детском питании, обогащенных мальтозой.

Липиды

• Липиды разнообразны по структуре и по соотношению входящих в них элементов. Однако все они имеют общее свойство – все они неполярны. Они растворяются в хлороформе и эфирах, но практически нерастворимы в воде. Благодаря этому свойству липиды являются важнейшими компонентами мембран.

• Липиды –главная форма хранения энергии в животном организме, хранятся в концентрированном виде (без воды). Любое избыточное количество сахара, не израсходованное сразу , быстро превращается в жир. Существует три группы липидов:

• Триглицеролы (или триглицериды) – это молекулы, образованные в результате присоединения трех остатков жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерола.

• В этой группе различают жиры и масла. Жиры при комнатной температуре остаются твердыми, а масла сохраняют жидкую консистенцию. В маслах содержится больше ненасыщенных жирных кислот.

• Фосфолипиды – сходны с триглицеролами, но в них один или два остатка жирных кислот замещены группами , содержащими фосфор. Фосфолипиды являются важнейшими компонентами биологических мембран.

Стероиды – это липиды, в основе которых лежит основа из четырех колец. У различных стероидов к этому основному скелету присоединяются боковые группы. К стероидам относится ряд гормонов (половые гормоны, кортизон). Стероид холестерол – важный компонент клеточных мембран у животных, но его избыток в организме может привести к образованию желчных камней и к заболеваниям сердечно-сосудистой системы.

• Строение молекулы холестерола

Белки

• В состав белка входят углерод, кислород, водород и азот. Некоторые белки содержат еще и серу. Роль мономеров в белках играют аминокислоты.

• У каждой аминокислоты имеется карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2).

• В белках встречаются 20 обычных видов аминокислот.

• Функции белков – ферментативная, строительная (мембраны), энергетическая , двигательная, защитная и регуляторная.

Для белков характерны четыре структуры:

• Первичная – полипептид, длинная цепь, содержащая от 100 до 300 аминокислот, образуется за счет пептидных связей.

• Вторичная – образуется в результате формирования водородных связей между соседними пептидными связями. При формировании вторичной структуры молекула белка упаковывается либо в левозакрученную спираль, либо в бета-конфигурацию , характерную для белков, выполняющих строительную функцию.

• Третичная формируется в результате образования 4-х видов связей: водородных, ионных взаимодействий, образования дисульфидных мостиков и гидрофильно-гидрофобных связей (Ван-Дер-Валя).

• Существует глобулярная и фибрилярная третичные структуры. Третичная структура для большинства белков является рабочей, т.к. она энеогетически более выгодна.

• Некоторые белки формируют четвертичную структуру – она представляет собой комплексы белков и других органических веществ. Формирующие силы такие же как и у третичной структуры.

Денатурация белка

• Это потеря биологической активности белков при разрыве слабых связей , разрушение нативной (природной) структуры белка под действием денатурирующих агентов: высокой температуры, УФО, кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов. Денатурация бывает обратимая (ренатурация) и необратимая.

Четыре структуры белка

Углеводы

Переходя к рассмотрению органических веществ, нельзя не отметить значение углерода для жизни. Вступая в химические реакции, углерод образует прочные ковалентные связи, обобществляя четыре электрона. Атомы углерода, соединяясь между собой, способны образовывать стабильные цепи и кольца, служащие скелетами макромолекул. Углерод также может образовывать кратные ковалентные связи с другими углеродными атомами, а также с азотом и кислородом. Все эти свойства обеспечивают уникальное разнообразие органических молекул.

Макромолекулы , составляющие около 90 % массы обезвоженной клетки, синтезируются из более простых молекул, называемых мономерами . Существуют три основных типа макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты ; мономерами для них являются, соответственно, моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды.

Углеводами называют вещества с общей формулой C x (H 2 O) y , где x и y – натуральные числа. Название «углеводы» говорит о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что и в воде.

В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ.

Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза , участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, АТФ и полисахаридов, служат , высвобождаемой при окислении в процессе дыхания. Производные моносахаридов – сахарные спирты, сахарные кислоты, дезоксисахара и аминосахара – имеют важное значение в процессе дыхания, а также используются при синтезе липидов, ДНК и других макромолекул.

Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами. Иногда они используются в качестве запасных питательных веществ. Наиболее распространенными из них являются мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза) и сахароза (глюкоза + фруктоза). содержится только в молоке. (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях; это и есть тот самый «сахар», который мы обычно употребляем в пищу.

Целлюлоза также является полимером глюкозы. В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает первое место среди органических соединений. Форма молекулы (длинные цепи с выступающими наружу –OH-группами) обеспечивает прочное сцепление между соседними цепями. При всей своей прочности, макрофибриллы, состоящие из таких цепей, легко пропускают воду и растворённые в ней вещества и потому служат идеальным строительным материалом для стенок растительной клетки. Целлюлоза – ценный источник глюкозы, однако для её расщепления необходим фермент целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

Строение, примеры и функции углеводов

Углеводы - органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды - простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов - легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.

Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы - над плоскостью.

Глюкоза - это:

1. один из самых распространенных моносахаридов,
2. важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
3. мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
4. необходимый компонент крови.

Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.

Олигосахариды - углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов - растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .

Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название - сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10–18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).

Мальтоза, или солодовый сахар , - дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.

Лактоза, или молочный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2–8,5%).

Полисахариды - это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов - не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.

Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал - основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса - до 86%, пшеницы - до 75%, кукурузы - до 72%, в клубнях картофеля - до 25%. Крахмал - основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент - амилаза).

Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген - основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание - до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.

Целлюлоза (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине - до 50%, в волокнах семян хлопчатника - до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.

Инулин - полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.

Гликолипиды - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.

Гликопротеины - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.

Функции углеводов