Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 74
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
РЕФЕРАТ
на тему: «Углеводы и их роль в живой природе»
Содержание
Введение
1. Понятие углеводов. Их биологическая роль
2. Классификация углеводов
3. Углеводы в организме человека
Заключение
Список использованных источников
Введение
Любой современный человек, несомненно, знаком с термином «углеводы». Ведь среди многочисленных веществ, составляющих окружающий нас мир, углеводы и их производные занимают исключительное место в жизни человека, обеспечивая его пищей, одеждой, жилищем.
Успехи бурно развивающихся отраслей химии, пограничных с биологией, дали возможность оценить подлинную роль углеводов и в самом процессе жизнедеятельности. Углеводы в виде разнообразных производных входят в состав клеток любого живого организма, выполняя здесь роль конструкционного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов специфических биохимических процессов. Соединяясь с нуклеиновыми кислотами, белками и липидами, углеводы составляют сложные высокомолекулярные комплексы, которые лежат в основе субклеточных структур и представляют собой основу живой материи1, в том числе и человека.
Каждому из нас, а посвятившим свою жизнь физической культуре и спорту – в особенности, необходимы определенные знания о том, каковы составляющие нашего организма, и какие процессы в нем происходят. Чем полнее и глубже эти знания, тем эффективнее деятельность по спортивному совершенствованию, тем выше спортивный результат.
Целью настоящего реферата является получение более полного, всестороннего представления об углеводах и их роли в организме человека. Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд задач:
-
уточнить понятие углеводов; -
выяснить их биологическую роль; -
на основании химического состава и строения углеводов провести их классификацию; -
определить, каково содержание углеводов в организме человека; -
выяснить, как проходит процесс пищеварения углеводов, какие ферменты в нем участвуют, каковы условия их действия в различных отделах пищеварительного тракта; как регулируется уровень глюкозы в крови; -
сделать выводы о правильном потреблении углеводов.
В соответствии с поставленными задачами построена и структура настоящего реферата. Он состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников.
Основу реферата составляют материалы учебной, научно-популярной литературы, интернет-ресурсы.
-
Понятие углеводов. Их биологическая роль
углевод пищеварение фермент
Углеводы (сахариды) – общее название обширного класса природных органических соединений. Как почти любому классу органических соединений с развитой химией, углеводам трудно дать вполне строгое определение, т.е. такое, которое включало бы всё, не входящее в этот класс1. С точки зрения химии, углеводы являются органическими веществами, содержащими неразветвленную цепь из нескольких атомов углерода, карбонильную группу, а также несколько гидроксильных групп.
Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу: Cm(H2O)n ,то есть углевод + воды, отсюда и название – углеводы. В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин «углеводы» заменить термином «глициды», однако старое название «углеводы» укоренилось и является общепризнанным.
Огромное практическое и научное значение углеводов с давних времен привлекало к ним внимание исследователей. У самых истоков цивилизации лежит первое практическое знакомство человека с углеводами. Обработка древесины, изготовление бумаги, хлопчатобумажных и льняных тканей, хлебопечение, брожение – все эти процессы, известные еще с глубокой древности, непосредственно связаны с переработкой углеводсодержащего сырья. Тростниковый сахар был, по-видимому, первым органическим веществом, полученным человеком в химически чистом виде2.
Становление химии как науки во второй половине 18 века неразрывно связано с первыми работами в области химии углеводов. Вслед за тростниковым сахаром были выделены первые индивидуальные моносахариды – фруктоза (Ловиц, 1772), глюкоза (Пру, 1802). В 1811 году Кирхгоф получил глюкозу при обработке крахмала кислотой, проведя таким образом первый химический гидролиз полисахарида, а в 1814 году провел ферментолиз того же сахарида.
В 1861 г. A.M. Бутлеров осуществил свой исторический синтез углеводов (вне организма), получив при обработке водного раствора формальдегида (муравьиный альдегид) известковой водой смесь сахаров (метиленитан), содержащую и некоторые природные моносахариды. Это был первый синтез представителей одного из трех основных классов веществ (белки, липиды, углеводы), входящих в состав живых организмов.
Химическая структура простейших углеводов была открыта в конце 19 века в результате фундаментальных исследований Э. Фишера.
Значительный вклад в изучение углеводов внесли отечественные ученые А.А. Колли, П.П. Шорыгин, Н.К. Кочетков. В 20-е годы нынешнего столетия работами английского исследователя У. Хеуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, базирующееся на современной теории органической химии и новейшей технике эксперимента, и обусловленное их важным биологическим значением.
Биологическая роль углеводов чрезвычайно многообразна1.
Энергетическая. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50-60% суточного энергопотребления организма, а при мышечной деятельности на выносливость - до 70%. При окислении 1 г углеводов выделяется 17 кДж энергии (4,1ккал). В качестве основного энергетического источника используется свободная глюкоза или запасы углеводов в виде гликогена.
Пластическая. Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются компонентами клеточных мембран. Продукты превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин и т.д.) входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой и других тканей.
Резервная. Углеводы запасаются в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена. Его запасы зависят от массы тела, функционального состояния организма, характера питания. При мышечной деятельности запасы гликогена существенно снижаются, а в период отдыха после работы восстанавливаются. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличению запасов гликогена, что повышает энергетические возможности организма.
Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, покрывающих поверхность сосудов, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий, вирусов, а также от механических повреждений.
Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, играют роль антикоагулянтов, являются рецепторами ряда гормонов или фармакологических веществ, оказывают противоопухолевое действие.
Регуляторная. Клетчатка пищи не расщепляется в кишечнике, но активирует перистальтику кишечника, ферменты пищеварительного тракта, усвоение питательных веществ.
-
Классификация углеводов
Все углеводы можно классифицировать по различным основаниям.
Например, если классифицировать углеводы по количеству заместителей в карбонильной группе, то их можно поделить на альдегидные (один заместитель) и кетонные (два заместителя). По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные. В зависимости от строения все углеводы классифицируются на три основных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Последняя классификация в настоящее время является общепризнанной.
К моносахаридам относятся простые углеводы, которые при гидролизе не распадаются на более простые молекулы. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы (С3Н6О3), тетрозы (С4Н8О4), пентозы (С5Н10О5), гексозы (С6Н12О6) и гептозы (С7Н14О7). Другие моносахариды в природе не встречаются, но могут быть получены синтетически. Моносахариды, содержащие 5-членный цикл, называются фуранозами, 6-членный – пиранозами.
Моносахариды входят в состав сложных углеводов (гликозиды, олигосахариды, полисахариды) и смешанных углеводсодержащих биополимеров (гликопротеиды, гликолипиды). При этом моносахариды связаны друг с другом и с неуглеводной частью молекулы гликозидными связями. При гидролизе под действием кислот или ферментов эти связи могут рваться с высвобождением моносахаридов. Биосинтез моносахаридов из углекислого газа и воды происходит в растениях (фотосинтез); с участием активированных производных моносахаридов – нуклеозиддифосфатсахаров – происходит, как правило, биосинтез сложных углеводов. Распад моносахаридов в организме (например, спиртовое брожение, гликолиз) сопровождается выделением энергии.
Моносахариды - белые, кристаллические вещества, сладкие на вкус, легко растворимые в воде.
Наиболее важную роль в организме человека выполняют представители гексоз – глюкоза и фруктоза, пентоз – рибоза и дезоксирибоза и триоз – глицериновый альдегид и диоксиацетон. Это основные энергетические субстраты организма человека. Они имеют одинаковый молекулярный состав (С6Н12О6), но разную структуру молекул, так как различаются функциональными группами. Глюкоза содержит альдегидную группу и относится к альдегидоспиртам (альдозам), а фруктоза содержит в своем составе кетогруппу и относится к кетоспиртам (кетозам). По положению карбонильной группы они являются изомерами.
Для моносахаридов характерна также пространственная изомерия или стереоизомерия, поскольку они содержат асимметрические атомы углерода, которые связаны с четырьмя различными атомами или группами атомов. Выделяют D - форму и L -форму изомеров моносахаридов. Принадлежность к D - или L - ряду определяется ориентацией Н и ОН - групп при атоме углерода, соседнем с концевым углеродом, содержащим спиртовую (гидроксильную) группу. Если ОН- группа расположена справа - сахар принадлежит к D - ряду, если ОН- группа слева , то сахар принадлежит к L - ряду.
Большинство моносахаридов у млекопитающих имеет D - конфигурацию - именно к ней специфичны ферменты, ответственные за их метаболизм и поэтому, организм человека может усваивать только D-форму моносахаридов.
В водной среде глюкоза и фруктоза находятся в основном в циклической форме. Циклизация молекулы происходит за счет внутримолекулярного взаимодействия альдегидной группы в молекуле глюкозы и кетогруппы в молекуле фруктозы с одной гидроксильной группой этого же моносахарида.
Для более удобного изображения циклической формы фруктозы используем правило Хеуорса: атомы водорода и гидроксильные группы, которые располагаются справа от цепочки атомов углерода, пишутся под плоскостью; атомы водорода и гидроксильные группы, которые располагаются слева от цепочки атомов углерода, пишутся над плоскостью:
Аналогично происходит образование циклической формы молекулы глюкозы. При этом кольцевая структура глюкозы является полуацетальной, так как образована в результате взаимодействия альдегидной и спиртовой групп.
Таким образом, циклические формы моносахаридов приобретают биологически реактивную гидроксильную группу при С1 или С2 атоме углерода, которая называется гликозидным гидроксилом. Она играет важную роль в химических превращениях этих моносахаридов, в частности, участвует в образовании ди- и полисахаридов и фосфорных эфиров.
Рассмотрим в качестве примера образование циклической формы молекулы фруктозы:
α-D- фруктофураноза
Изображение молекулы фруктозы по правилу Хеуорса