Углеводы состав: Состав, свойства и функции углеводов — урок. Биология, 9 класс.

Углеводы. Классификация и состав углеводов 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Данный текст представляет собой неотредактированную версию стенограммы, которая в дальнейшем будет отредактирована.

InternetUrok.ru

 

 

 

Химия. 10 класс

 

Урок 57. Углеводы. Классификация и состав углеводов

 

Загорский В.В., д.п.н., проф. Специализированного учебно-научного центра МГУ (школа им. А.Н. Колмогорова при МГУ),

многократный лауреат грантов «Учитель Москвы»

При участии:

Морозовой Н.И., к.х.н., ст. преп. СУНЦ МГУ

Менделеевой Н.А., к.х.н., доц. СУНЦ МГУ

 

10.03.2011 г.

 

Классификация и состав углеводов — олигосахариды, полисахариды, моносахариды

 

Тема сегодняшнего урока – «Углеводы. Классификация и состав углеводов».

 

Углеводы – это, пожалуй, одна из самых вкусных составляющих нашей пищи, и не только нашей, но и животных.

В природе углеводы – это спелые ягоды и фрукты, сладкие овощи, мед. Да и многие наши привычные сладости – мороженное, шоколад, конфеты, – это тоже прежде всего углеводы.

 

Название углеводы появилось примерно в начале 19 века, когда был выполнен впервые анализ этих соединений. Оказалось, что состав углеводов можно выразить формулой, в которой на 1 атом углерода приходится определенное количество молекул воды, т.е. уголь и вода. Тогда еще ничего не было известно о структуре, и название прижилось. В пользу того, что углеводы – это уголь и вода, говорит, например, следующий очень интересный эксперимент.

 

Если к углеводу-сахару ,или сахарозе, по- научному, добавить сильный водоотнимающий реактив, например, концентрированную серную кислоту, происходят довольно интересные вещи. Серная кислота образует очень прочные комплексы с молекулами воды и фактически забирает всю воду у сахарозы.

В результате при проведении эксперимента предварительно измельченную и смоченную водой для усиления эффекта сахарозу поливают концентрированной серной кислотой. При этом очень быстро происходит обугливание, сахар темнеет и начинает вспениваться.

Почему? Потому что образование комплекса серной кислоты с водой происходит с выделением большого количества тепла, вода закипает, и поры буквально вспучивают остающийся углерод. Получается такое вот объемное изделие из бывшего сахара.

 

Именно за свой сладкий вкус углеводы иногда еще называют сахарами.

Это более старинное их название. При этом далеко не все соединения, которые относятся к классу углеводов, являются на вкус сладкими.

 

Углеводы наряду с белками и жирами входят в состав практически всех живых организмов, особенно в состав растений. Хорошо известно, что практически вся современная жизнь существует благодаря тому, что в растениях, в зеленых растениях, происходит синтез углевода глюкозы.

В процессе этого синтеза, кроме глюкозы, которая получается из углекислого газа и воды, выделяется еще и кислород. Именно благодаря этому зеленые растения обеспечивают нас нужным кислородом для дыхания. Поскольку процесс требует затрат энергии, и довольно больших затрат, растения берут эту энергию из солнечного света, преобразуя его таким образом в простейший и наиболее распространенный углевод – глюкозу.

 

Интересно, что, в отличие от многих других органических соединений, наиболее распространенные углеводы не принято даже в научной среде называть по-научному, т.е. по систематической номенклатуре. Это становится очевидным при попытке назвать. Попробуйте сказать. Вместо сахара ученые говорят сахароза, но попробуйте сказать вместо сахарозы a-глюкопиронозил, β-фруктофуранозид. Это не самое удобное из названий. Аналогичным путем называются и другие углеводы, причем по строгой номенклатуре ИЮПАК их название еще более трудно произносимо.

И поэтому чаще всего используют еще старинные тривиальные названия, которые связаны либо с источником, либо со свойствами.

 

Например, глюкоза, она же виноградный сахар.

Фруктоза – фруктовый сахар.

Лактоза – молочный сахар.

 

Современные данные по строению позволили выяснить, что практически все углеводы содержат гидроксильные группы, а также карбонильные группы. Либо альдегидные, либо кетоные, т.е. углеводы являются либо полигидроксиальдегидами, либо полигидроксикетонами.

 

Полигидроксиальдегиды называют еще альдозами, например, глюкоза.

Полигидроксикетоны называют еще кетозами, например, фруктоза.

 

Кроме того, что в углеводы входят альдегидные и гидрокси группы, их еще классифицируют по способности к гидролизу, т.е. углеводы делят на три основных типа.

 

Те углеводы, которые гидролизу не подвергаются, т.е. в результате реакции с водой в присутствии кислотного катализатора не изменяются, называются моносахариды. Типичные моносахариды– глюкоза и фруктоза.

 

Углеводы, которые при гидролизе распадаются на несколько моносахаридов, от 2 до 20, называют олигосахариды. Типичные олигосахариды – сахароза, которая при гидролизе превращается в смесь глюкозы и фруктозы.

 

И, наконец, в природе очень распространены сложные полимерные образования, чаще всего на базе глюкозы. Они уже называются полисахаридами, поскольку при гидролизе такого полисахарида образуются от тысяч до десятков тысяч моносахаридов.

 

Например, самые распространенные природные полисахариды – это крахмал и целлюлоза, которые составляют основную массу очень многих растительных объектов. Сами моносахариды еще классифицируют по количеству атомов углеродов, входящих в одну молекулу.

 

Бывают трехуглеродные моносахариды, 4, 5, 6. Наиболее распространены в природе моносахариды с 5 атомами углерода, их называют пентозы. И с 6 атомами углерода, их называют гексозы. Наиболее известны нам гексозы. Это глюкоза и фруктоза. И в школьном курсе принято хорошо помнить название двух пентоз – рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав сложных молекул.

 

На этом наш урок закончен.

До свидания.

Углеводы – классификация и свойства в таблице, общая формула (химия, 10 класс)

4. 6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 941.

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 941.

Одну из наиболее важных функций в живых организмах выполняют углеводы. Они являются источником энергии и участвуют в метаболизме.

Общее описание

Другое название углеводов – сахара. Углеводы имеют два определения:

• с точки зрения биологии – биологически активные вещества, являющиеся источником энергии для живых организмов, в том числе человека;
• с точки зрения химии – органические соединения, состоящие из нескольких карбонильных (-СО) и гидроксильных (-ОН) групп.

Элементы, образующие углевод:

• углерод;
• водород;
• кислород.

Общая формула углеводов – C_n(H₂O)_m. Минимальное количество атомов углерода и кислорода – три. Соотношение водорода и кислорода всегда 2:1, как в молекуле воды.

Источником углеводов является процесс фотосинтеза. Углеводы составляют 80 % сухой растительной массы и 2-3 % – животной. Углеводы входят в состав АТФ – универсального источника энергии.

Виды

Углеводы – многочисленная группа органических веществ. Они классифицируются по двум признакам:

• количеству атомов углерода;
• количеству структурных единиц.

В зависимости от количества атомов углерода в одной молекуле (структурной единице) выделяют:

• триозы;
• тетрозы;

• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Молекула может включать до девяти атомов углерода. Наиболее значимыми являются пентозы (C₅H₁₀O₅) и гексозы (C₆H₁₂O₆). Пентозы являются компонентами нуклеиновых кислот. Гексозы входят в состав полисахаридов.

Рис. 1. Структура моносахарида.

По второму признаку классификации углеводы бывают:

Особенности сложных структур описаны в таблице углеводов.

Виды	Формула	Характеристика	Примеры
Моносахариды	Cn(Н2О)n	Состоят из одной структурной единицы. Входят в состав ДНК, РНК, АТФ. В зависимости от открытой группы выделяют кетозы (R1-CO-R2) и альдозы (R-CHO)	Глюкоза, фруктоза, рибоза
Олигосахариды	CmH2nOn	Состоят из 2-10 моносахаридов. Могут включать одинаковые моносахаридные остатки (гомоолигосахариды) или разные (гетероолигосахариды)	Сахароза, лактоза, мальтоза
Полисахариды	CnH2mOm	Состоят из множества моносахаридов (от 10 до нескольких тысяч)	Целлюлоза, хитин, крахмал

Рис. 2. Структура полисахарида.

Одна из наиболее значимых разновидностей олигосахаридов – дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Они служат источником глюкозы и выполняют строительную функцию в растениях.

Физические свойства

Моносахариды и олигосахариды имеют схожие физические свойства:

• кристаллическое строение;
• сладкий вкус;
• растворимость в воде;
• прозрачность;
• нейтральная pH в растворе;
• низкие температуры плавления и кипения.

Полисахариды – более сложные вещества. Они нерастворимы и не имеют сладкого привкуса. Целлюлоза – разновидность полисахарида, входящая в состав клеточных стенок растений. Аналогичный целлюлозе хитин входит в состав грибов и панцирей членистоногих. Крахмал накапливается в растениях и распадается на простые углеводы, которые являются источником энергии. В животных клетках резервную функцию выполняет гликоген.

Химические свойства

В зависимости от структуры каждому углеводу характерны особые химические свойства. Моносахариды, в частности глюкоза, подвергаются многоступенчатому окислению (в отсутствии и присутствии кислорода). В результате полного окисления образуется углекислый газ и вода:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ +6H₂O.

В отсутствии кислорода под действием ферментов происходит брожение:

• спиртовое –

  C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH (этанол) + 2CO₂;

• молочнокислое –

  C₆H₁₂O₆ → 2CH₃-CH(OH)-COOH (молочная кислота).

Иначе с кислородом взаимодействуют полисахариды, сгорая до углекислого газа и воды:

(C₆H₁₀O₅)n + 6O₂ → 6nCO₂ + 5nH₂O.

Олигосахариды и полисахариды разлагаются до моносахаридов при гидролизе:

• C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆;
• (C₆H₁₀O₅)n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆.

Глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала):

• CH₂OH-(CHOH)₄-CH=O + 2Cu(OH)₂ → CH₂OH-(CHOH)₄-COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O;
• CH₂OH-(CHOH)₄-CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH → CH₂OH-(CHOH)₄-COONH₄ + 2Ag↓ +3NH₃ + H₂O.

Рис. 3. Реакция серебряного зеркала.

Что мы узнали?

Из темы химии 10 класса узнали об углеводах. Это биоорганические соединения, состоящие из одной или нескольких структурных единиц. Одна единица или молекула состоит из карбонильных и гидроксильных групп. Различают моносахариды, состоящие из одной молекулы, олигосахариды, включающие 2-10 молекул, и полисахариды – длинные цепочки из множества моносахаридов. Углеводы сладкие на вкус и хорошо растворимы в воде (исключение – полисахариды). Моносахариды растворяются в воде, окисляются, взаимодействуют с гидроксидом меди и аммиачным оксидом серебра. Полисахариды и олигосахариды подвергаются гидролизу. Полисахариды горят.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Рома Иванов

  10/10

• Дмитрий Валиулин

  9/10

• Алина Раджабова

  10/10

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 941.

---

А какая ваша оценка?

углеводов | Определение, классификация и примеры

пути утилизации углеводов

Просмотреть все средства массовой информации

Ключевые люди:

Эмиль Фишер Дж. Фрейзер Стоддарт сэр Норман Хаворт Густав Георг Эмбден Луис Федерико Лелуар

Похожие темы:

полисахарид моносахарид дисахарид олигосахарид декстрин

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое углеводы?

Углевод представляет собой встречающееся в природе соединение или производное такого соединения с общей химической формулой C _x (H ₂ O) _y , состоящее из молекул углерода (C), водорода (Н) и кислород (О). Углеводы являются наиболее распространенными органическими веществами и играют жизненно важную роль во всей жизни.

Что означает слово углевод означает?

Химическая формула углевода C _x (H ₂ O) _y , что означает некоторое количество атомов углерода (C) с присоединенными молекулами воды (H ₂ O) — отсюда и слово углевод , что означает «гидратированный углерод».

Как классифицируются углеводы?

Углеводы делятся на четыре типа: моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды состоят из простого сахара; то есть они имеют химическую формулу C ₆ Н ₁₂ О ₆ . Дисахариды — это два простых сахара. Олигосахариды состоят из трех-шести моносахаридных звеньев, а полисахариды — из более чем шести.

Являются ли углеводы полимерами?

Углеводы, не являющиеся моносахаридами, то есть дисахариды, олигосахариды и полисахариды, представляют собой полимеры, состоящие из более чем одного более простого звена или мономера. В этом случае мономер представляет собой простой сахар или моносахарид.

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

углевод , класс встречающихся в природе соединений и образованных из них производных. В начале XIX века было обнаружено, что такие вещества, как древесина, крахмал и лен, состоят в основном из молекул, содержащих атомы углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О), и имеют общую формулу C ₆ H _{1 2} O ₆ ; Было обнаружено, что другие органические молекулы с аналогичными формулами имеют такое же соотношение водорода и кислорода. Общая формула С _x (H ₂ O) _y обычно используется для обозначения многих углеводов, что означает «разбавленный водой углерод».

Углеводы, вероятно, являются наиболее распространенными и распространенными органическими веществами в природе и являются важными компонентами всех живых существ. Углеводы образуются зелеными растениями из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза. Углеводы служат источниками энергии и важными структурными компонентами организмов; кроме того, часть структуры нуклеиновых кислот, содержащих генетическую информацию, состоит из углеводов.

Общие характеристики

Классификация и номенклатура

Узнайте о структуре и использовании простых сахаров глюкозы, фруктозы и галактозы

Просмотреть все видео к этой статье четыре основные группы — моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды — используемые здесь, являются одними из наиболее распространенных. Большинство моносахаридов или простых сахаров содержится в винограде, других фруктах и ​​меде. Хотя они могут содержать от трех до девяти атомов углерода, наиболее распространенные представители состоят из пяти или шести, соединенных вместе в цепочечную молекулу. Три наиболее важных простых сахара — глюкоза (также известная как декстроза, виноградный сахар и кукурузный сахар), фруктоза (фруктовый сахар) и галактоза — имеют одинаковую молекулярную формулу (C ₆ H _{1 2} O ₆ ), но поскольку их атомы имеют различное структурное расположение, сахара имеют разные характеристики; то есть они являются изомерами.

Незначительные изменения в структурном устройстве обнаруживаются живыми существами и влияют на биологическую значимость изомерных соединений. Известно, например, что степень сладости различных сахаров различается в зависимости от расположения гидроксильных групп (—ОН), составляющих часть молекулярной структуры. Однако прямая корреляция, которая может существовать между вкусом и каким-либо конкретным структурным устройством, еще не установлена; то есть пока невозможно предсказать вкус сахара, зная его конкретное структурное устройство. Энергия химических связей глюкозы косвенно снабжает большинство живых существ большей частью энергии, необходимой им для осуществления своей деятельности. Галактоза, которая редко встречается в виде простого сахара, обычно комбинируется с другими простыми сахарами для образования более крупных молекул.

Две молекулы простого сахара, связанные друг с другом, образуют дисахарид или двойной сахар. Дисахарид сахароза, или столовый сахар, состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы; наиболее известными источниками сахарозы являются сахарная свекла и тростниковый сахар. Молочный сахар, или лактоза, и мальтоза также являются дисахаридами. Прежде чем энергия дисахаридов сможет быть использована живыми существами, молекулы должны быть расщеплены на соответствующие им моносахариды. Олигосахариды, состоящие из трех-шести моносахаридных звеньев, довольно редко встречаются в природных источниках, хотя было идентифицировано несколько растительных производных.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Полисахариды (этот термин означает множество сахаров) представляют собой большую часть структурных и энергозапасающих углеводов, встречающихся в природе. Крупные молекулы, которые могут состоять из 10 000 связанных друг с другом моносахаридных звеньев, полисахариды значительно различаются по размеру, сложности структуры и содержанию сахара; к настоящему времени идентифицировано несколько сотен различных типов. Целлюлоза, основной структурный компонент растений, представляет собой сложный полисахарид, состоящий из множества связанных друг с другом звеньев глюкозы; это самый распространенный полисахарид. Крахмал, обнаруженный в растениях, и гликоген, обнаруженный в животных, также являются сложными полисахаридами глюкозы. Крахмал (от староанглийского слова stercan , что означает «затвердевать») содержится в основном в семенах, корнях и стеблях, где он хранится в качестве доступного источника энергии для растений. Растительный крахмал можно перерабатывать в такие продукты, как хлеб, или его можно потреблять напрямую, например, в картофеле. Гликоген, состоящий из разветвленных цепочек молекул глюкозы, образуется в печени и мышцах высших животных и запасается как источник энергии.

Родовая номенклатура моносахаридов оканчивается на -ose ; таким образом, термин пентоза ( пентоза = пять) используется для моносахаридов, содержащих пять атомов углерода, а термин гексоза ( гекс = шесть) используется для моносахаридов, содержащих шесть. Кроме того, поскольку моносахариды содержат химически активную группу, которая является либо альдегидной, либо кетогруппой, их часто называют альдопентозами, кетопентозами, альдогексозами или кетогексозами. Альдегидная группа может находиться в положении 1 альдопентозы, а кетогруппа может находиться в другом положении (например, 2) внутри кетогексозы. Глюкоза представляет собой альдогексозу, т. е. содержит шесть атомов углерода, а химически активная группа представляет собой альдегидную группу.

Структура, классификация и функции углеводов

Структура, классификация и функции углеводов

Нужно оборудование для вашей лаборатории?

Введение

Живым организмам требуются биомолекулы для нескольких биологических процессов, таких как накопление энергии и регуляция их метаболических циклов. Среди всего прочего углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и белки являются четырьмя основными биомолекулами (или макромолекулами), которые в основном участвуют в этих биологических процессах.

Функции углеводов необходимы для жизни всех организмов, от микроорганизмов до растений и человека. Они занимают центральное место в нашем питании и присутствуют в нашем ежедневном рационе в нескольких формах, в том числе в столовом сахаре, молоке, меде, фруктах, злаках и овощах, таких как картофель.

Углеводы были последней молекулой среди четырех макромолекул, которая привлекла внимание ученых для исследований и дальнейших исследований. Углубленное изучение этих молекул обогатило молекулярную химию биомолекул введением представлений об изменении их формы и конформаций в ходе биохимической реакции. Исследования углеводов способствовали лучшему пониманию биосинтетических реакций, механизмов ферментативного контроля и многих фундаментальных процессов.

В этой статье вы узнаете все об определении, классификации и функциях углеводов в различных организмах.

Что такое углеводы?

Углеводы определяются как биомолекулы, содержащие группу природных карбонильных соединений (альдегидов или кетонов) и несколько гидроксильных групп. Он состоит из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), обычно с соотношением атомов водорода и кислорода 2:1 (как в воде). Он представлен эмпирической формулой Cm(h3O)n (где m и n могут быть разными) или (Ch3O)n.

Но некоторые соединения не соответствуют этому точному стехиометрическому определению, например, уроновые кислоты. И есть другие, которые, несмотря на наличие групп, подобных углеводам, не классифицируются как один из них, например, формальдегид и уксусная кислота.

Классификация углеводов

Углеводы делятся на четыре основные группы в зависимости от степени полимеризации: моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды. Ниже приводится краткое описание структуры и функций углеводных групп.

1. Моносахариды

Моносахариды являются простейшими углеводами и не могут быть гидролизованы в другие более мелкие углеводы. «Моно» в моносахаридах означает «один», что указывает на наличие только одного сахарного звена.

Они являются строительными блоками дисахаридов и полисахаридов. По этой причине они также известны как простые сахара. Эти простые сахара представляют собой бесцветные кристаллические твердые вещества, растворимые в воде и нерастворимые в неполярных растворителях.

Общая формула, представляющая структуру моносахарида, представляет собой Cn(H ₂ O)n или CnH ₂ nOn. Дигидроксиацетон и D- и L-глицеральдегиды являются наименьшими моносахаридами – здесь n=3.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), известны как альдолазы, а моносахариды, содержащие кетоновые группы, называются кетозами (функциональная группа со структурой RC(=O)R’). Некоторыми примерами моносахаридов являются глюкоза, фруктоза, эритрулоза и рибулоза.

D-глюкоза является наиболее распространенным, широко распространенным и распространенным углеводом. Он широко известен как декстроза и представляет собой альдегид, содержащий шесть атомов углерода, называемый альдогексозой. Он присутствует как в открытой цепи, так и в циклической структуре.

Названия большинства моносахаридов заканчиваются суффиксом -ose. А в зависимости от количества атомов углерода, которое обычно колеблется от трех до семи, они могут быть известны как триозы (три атома углерода), тетрозы (четыре атома углерода), пентозы (пять атомов углерода), гексозы (шесть атомов углерода) и гептозы (семь атомов углерода). ).

Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют химическую формулу C ₆ H ₁₂ O ₆ , они различаются на структурном и химическом уровнях из-за различного расположения функциональных групп вокруг их асимметрического углерода.

Рисунок: Структурное представление глюкозы, фруктозы и галактозы.

Предоставлено: Lumenlearning

Структура моносахаридов

Моносахариды представлены либо в виде линейных цепей, либо в виде кольцеобразных молекул. В кольцевой форме гидроксильная группа глюкозы (-ОН) может иметь два различных расположения вокруг аномерного углерода (углерод-1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).

Если гидроксильная группа находится ниже атома углерода номер 1 в сахаре, говорят, что она находится в альфа-(α)-положении, а если выше плоскости, говорят, что она находится в бета-(β)-положении.

Рисунок: Структурное изображение кольцевых форм глюкозы и фруктозы.

Предоставлено: Lumenlearning

Функции моносахаридов

• Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) является важным источником энергии для человека и растений. Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, которая, в свою очередь, используется для удовлетворения их энергетических потребностей. Они хранят избыток глюкозы в виде крахмала, который потребляют люди и травоядные.
• Присутствие галактозы в молочном сахаре (лактозе), а фруктоза во фруктах и ​​меде делает эти продукты сладкими.
• Рибоза является структурным элементом нуклеиновых кислот и некоторых коферментов.
• Манноза входит в состав мукопротеинов и гликопротеинов, необходимых для нормального функционирования организма.

2. Дисахариды

Дисахариды состоят из двух сахарных единиц. Когда они подвергаются реакции дегидратации (реакция конденсации или синтез дегидратации), они высвобождают две моносахаридные единицы.

В этом процессе гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида через ковалентную связь, высвобождая молекулу воды. Ковалентная связь, образованная между двумя молекулами сахара, известна как гликозидная связь .

Гликозидная связь или гликозидная связь 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.

Изображение: Структурная схема процесса образования гликозидной связи между двумя единицами сахара (глюкозой и фруктозой) с образованием дисахарида (сахарозы).

Предоставлено: Lumenlearning

Некоторыми примерами дисахаридов являются лактоза, мальтоза и сахароза. Сахароза является наиболее распространенным дисахаридом из всех и состоит из одной молекулы D-глюкозы и одной молекулы D-фруктозы. Систематическое название сахарозы — O-α-D-глюкопиранозил-(1→2)-D-фруктофуранозид.

Лактоза естественным образом содержится в молоке млекопитающих и состоит из одной молекулы D-галактозы и одной молекулы D-глюкозы. Систематическое название лактозы — O-β-D-галактопиранозил-(1→4)-D-глюкопираноза.

Дисахариды можно разделить на две группы в зависимости от их способности вступать в окислительно-восстановительные реакции.

• Восстанавливающий сахар:  Дисахарид, в котором восстанавливающий сахар имеет свободную полуацетальную единицу, служащую восстанавливающей альдегидной группой. Примеры включают мальтозу и целлобиозу.
• Невосстанавливающий сахар: Дисахариды, которые не имеют свободного полуацеталя, потому что они связаны через ацетальную связь между их аномерными центрами. Примерами являются сахароза и трегалоза.

Некоторые другие примеры дисахаридов включают лактулозу, хитобиозу, коджибиозу, нигерозу, изомальтозу, софорозу, ламинарибиозу, гентиобиозу, туранозу, мальтулозу, трегалозу, палатинозу, гентиобиулозу, маннобиозу, мелибиозу, мелибиулозу, рутинозу, рутинулозу и ксилобиозу.

Список дисахаридов с их мономерными звеньями приведен ниже:

Сахароза	Глюкоза и фруктоза
Лактоза	Галактоза и глюкоза
Мальтоза	Глюкоза и глюкоза (связь альфа-1,4)
Трегалоза	Глюкоза и глюкоза (альфа-1, связь альфа-1)
Целлобиоза	Глюкоза и глюкоза (связь бета-1,4)
Гентиобиоза	Глюкоза и глюкоза (связь бета-1,6)

Функции дисахаридов

• Сахароза является продуктом фотосинтеза, который служит основным источником углерода и энергии в растениях.
• Лактоза является основным источником энергии у животных.
• Мальтоза является важным промежуточным звеном в переваривании крахмала и гликогена.
• Трегалоза является важным источником энергии для насекомых.
• Целлобиоза необходима для углеводного обмена.
• Gentiobiose входит в состав растительных гликозидов и некоторых полисахаридов.

3. Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой соединения, которые при гидролизе дают от 3 до 10 молекул одного и того же или разных моносахаридов. Все моносахариды соединены гликозидной связью. И в зависимости от количества присоединенных моносахаридов олигосахариды классифицируются как трисахариды, тетрасахариды, пентасахариды и так далее.

Общая формула трисахаридов — Cn(H ₂ O)n-2, тетрасахаридов — Cn(H ₂ O)n-3 и так далее. Олигосахариды обычно присутствуют в виде гликанов. Они связаны либо с липидами, либо с боковыми цепями аминокислот в белках N- или O-гликозидными связями, известными как гликолипиды или гликопротеины.

Гликозидные связи образуются в процессе гликозилирования, при котором углевод ковалентно присоединяется к органической молекуле, создавая такие структуры, как гликопротеины и гликолипиды.

• N-связанные олигосахариды:  Включает присоединение олигосахаридов к аспарагину через бета-связь с азотом амина боковой цепи. У эукариот этот процесс происходит на мембране эндоплазматического ретикулума. В то время как у прокариот это происходит на плазматической мембране.
• О-связанные олигосахариды: Он включает присоединение олигосахаридов к треонину или серину на гидроксильной группе боковой цепи. Это происходит в аппарате Гольджи, где моносахаридные звенья добавляются к полной полипептидной цепи.

Функции олигосахаридов

• Гликопротеины представляют собой углеводы, присоединенные к белкам, участвующим в критических функциях, таких как антигенность, растворимость и устойчивость к протеазам. Гликопротеины важны как рецепторы клеточной поверхности, молекулы клеточной адгезии, иммуноглобулины и опухолевые антигены.
• Гликолипиды представляют собой углеводы, присоединенные к липидам, которые важны для распознавания клеток и модулируют мембранные белки, действующие как рецепторы.
• Клетки продуцируют специфические белки, связывающие углеводы, известные как лектины, которые опосредуют клеточную адгезию с олигосахаридами.
• Олигосахариды являются компонентом клетчатки из растительных тканей.

4. Полисахариды

Полисахариды представляют собой цепь из более чем 10 углеводов, соединенных вместе посредством образования гликозидной связи. Они распространены повсеместно и в основном участвуют в структурных или запасающих функциях организмов. Они также известны как гликаны.

Физические и биологические свойства этих соединений зависят от компонентов и архитектуры их связывающих или реагирующих молекул и их взаимодействия с ферментативным механизмом.

Полисахариды классифицируются на основе их функций, типа моносахаридных звеньев, которые они содержат, или их происхождения.

В зависимости от типа моносахаридов, участвующих в формировании полисахаридных структур, их делят на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды.

Гомополисахариды:

Они состоят из повторяющихся звеньев только одного типа мономера. Несколько примеров гомополисахаридов включают целлюлозу, хитин, крахмалы (амилозу и амилопектин), гликоген и ксиланы. И в зависимости от их функциональной роли эти соединения классифицируются на структурные полисахариды и запасные полисахариды.

• Целлюлоза представляет собой линейный неразветвленный полимер звеньев глюкозы, соединенных бета-1-4 связями. Это одно из самых распространенных органических соединений в биосфере.

Рис. Структурное изображение целлюлозы.

Предоставлено: Lumenlearning

• Хитин представляет собой линейный длинноцепочечный полимер остатков/звеньев N-ацетил-D-глюкозамина (производного глюкозы), соединенных бета-1-4 гликозидными связями. Это второй по распространенности природный биополимер после целлюлозы.
• Крахмал состоит из повторяющихся звеньев D-глюкозы, соединенных между собой альфа-связями. Это один из самых распространенных полисахаридов, встречающихся в растениях, он состоит из смеси амилозы (15-20%) и амилопектина (80-85%).

Гетерополисахариды:

Они состоят из двух или более повторяющихся звеньев различных типов мономеров. Примеры включают гликозаминогликаны, агарозу и пептидогликаны. В природных системах они связаны с белками, липидами и пептидами.

• Гликозаминогликаны (ГАГ) представляют собой отрицательно заряженные неразветвленные гетерополисахариды. Они состоят из повторяющихся звеньев дисахаридов с общей структурной формулой n. Аминокислоты, такие как N-ацетилглюкозамин или N-ацетилгалактозамин, и уроновая кислота (например, глюкуроновая кислота) обычно присутствуют в структуре ГАГ.
• Список основных GAG приведен ниже:

Гиалуроновая кислота	D-глюкуроновая кислота	N-ацетилглюкозамин
Хондроитина сульфат	D-глюкуроновая кислота	N-ацетилгалактозамин
Гепарансульфат	D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая кислота	N-ацетилглюкозамин
Гепарин	D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая кислота	N-ацетилглюкозамин
Дерматансульфат	D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая кислота	N-ацетилгалактозамин
Кератансульфат	D-галактоза	N-ацетилглюкозамин

• Пептидогликан представляет собой гетерополимер чередующихся звеньев N-ацетилглюкозамина (НАГ) и N-ацетилмурамовой кислоты (НАМ), связанных между собой бета-1,4-гликозидной связью.
• Агароза представляет собой полисахарид, состоящий из повторяющихся звеньев дисахарида, агаробиозы, состоящей из D-галактозы и 3,6-ангидро-L-галактопиранозы.

Рисунок: Краткая классификация полисахаридов по различным подгруппам.

Кредит: Brainkart

Функции полисахаридов

• Структурный полисахарид:  Они обеспечивают механическую стабильность клеток, органов и организмов. Примеры включают хитин и целлюлозу. Хитин участвует в синтезе клеточных стенок грибов, а клетчатка является важным компонентом рациона жвачных животных.
• Запасные полисахариды:  Это запасы углеводов, которые высвобождают мономеры сахара, когда это необходимо организму. Примеры включают крахмал, гликоген и инулин. Крахмал хранит энергию для растений, а у животных он катализируется ферментом амилазой (находится в слюне) для удовлетворения потребности в энергии. Гликоген является полисахаридным пищевым резервом животных, бактерий и грибов, а инулин является резервом хранения в растениях.
• Агароза обеспечивает поддерживающую структуру клеточной стенки морских водорослей.
• Пептидогликан является важным компонентом клеточных стенок бактерий. Он обеспечивает прочность клеточной стенки и участвует в бинарном делении во время размножения бактерий.
• Пептидогликан защищает бактериальные клетки от разрыва, противодействуя осмотическому давлению цитоплазмы.
• Гиалуроновая кислота является важным компонентом стекловидного тела глаза и синовиальной жидкости (смазочной жидкости, присутствующей в суставах организма). Он также участвует в других процессах развития, таких как метастазирование опухоли, ангиогенез и свертывание крови.
• Гепарин действует как природный антикоагулянт, предотвращающий свертывание крови.
• Кератансульфат присутствует в роговице, хрящах и костях. В суставах он действует как подушка для поглощения механических ударов.
• Хондроитин является важным компонентом хряща, обеспечивающим устойчивость к сжатию.
• Дерматансульфат участвует в заживлении ран, регуляции свертывания крови, инфекционных реакциях и сердечно-сосудистых заболеваниях.

Рисунок: Краткое изложение классификации и примеры углеводов.

Предоставлено: Microbenotes

Заключение

Углеводы являются одной из четырех основных биомолекул, необходимых для живых организмов. Организмы потребляют их в нескольких формах, и они подразделяются на четыре группы в зависимости от количества мономерных звеньев в их структуре. Они включают моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Все углеводы содержат такие молекулы, как глюкоза, фруктоза, целлюлоза, крахмал, гликопротеины и хитин, которые участвуют в нескольких функциях организма. Их функции варьируются от обеспечения клеток энергией, поддержки структурной целостности клеток и поддержки роста и развития организма.

Исследования углеводов предоставили ученым важную информацию о конформационных изменениях, молекулярной кинетике и многом другом. И у него все еще есть несколько функций, которые ждут своего открытия учеными, занимающимися изучением этих молекул.

Ссылки:

1. Шарон, Н. (1980). Углеводы. Scientific American, 243(5), 90–117. http://www.jstor.org/stable/24966460.
2. Углеводы — определение, строение, виды, примеры, функции. Получено с https://microbenotes.com/carbohydrates-structure-properties-classification-and-functions/.
3. Углеводы. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Carbohydrate.
4. БеМиллер, Дж. Н. (2019). Моносахариды. Химия углеводов для ученых-пищевиков, 1–23. doi: 10.1016/b978-0-12-812069-9.00001-7.
5. Структура и функция углеводов. Получено с https://courses.lumenlearning.com/wm-biology1/chapter/reading-types-of-carbohydrates/.
6. Классификация и функции углеводов. Получено с https://www.brainkart.com/article/Classification-and-Functions-of-Carbohydrates_27757/.
7. Кумар, Пранав и Мина, Уша. (2016). Науки о жизни, основы и практика, часть I.
8. Дисахариды. Получено с https://www.biologyonline.com/dictionary/disaccharide.
9. Олигосахариды. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Oligosaccharide.
10. М. Маниша. Типы полисахаридов (3 типа). Получено с https://www.biologydiscussion.com/carbohydrates/polysaccharides/types-of-polysaccharides-3-types/44929.
11. Целлюлоза. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Целлюлоза
12. Хитин: структура, функции и использование. Получено с https://biologywise.com/chitin-structure-function-uses
.
13. Крахмал. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Starch#Properties
.
14. Агароза. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Agarose#

Анджали Сингх

Анджали Сингх — писатель-фрилансер. Следуя своей страсти к науке и исследованиям, она получила степень магистра биологии растений и биотехнологии в Университете Хайдарабада, Индия. У нее большой опыт исследований в области наук о растениях с опытом в области молекулярных методов, культуры тканей и биохимических анализов. В свободное от работы время она любит читать художественные книги, делать наброски или писать стихи. В будущем она стремится получить докторскую степень в области биологии рака, продолжая при этом превосходно работать в качестве научного писателя.

Связанные статьи

Основы лабораторной работы

Инвертированный световой микроскоп: подробное руководство для студентов-микробиологов и лаборантов

Микроскоп является важным инструментом, который используется в большинстве лабораторий. Мы бы ничего не знали об окружающих нас микроорганизмах, если бы этот невероятный инструмент знал

1 января 2017 г.

Основы лабораторной работы

Полное руководство по дозаторам

Нужны пипетки для вашей лаборатории? Нажмите здесь Как партнер Amazon Conductscience Inc получает доход от соответствующих покупок У современного дозатора яркая история

5 декабря 2017 г.

Лабораторные методы

Методы идентификации животных

Научные исследования, доклинические исследования и фармакологические исследования используют в качестве субъектов ряд лабораторных животных.