В каких клетках больше всего содержится углеводов
Углеводы представляют собой соединения с общей формулой $mathrm{C_nH_{2m}O_m}$ или $mathrm{C_n(H_2O)_m}$, то есть условно состоящие из углерода и воды — отсюда их название. Содержание углеводов в живых клетках различно. В животных клетках содержание углеводов колеблется от 1 до 5 %. В растениях содержание углеводов заметно выше — до 70 % в некоторых запасающих органах, например в клубнях картофеля. Кроме высокого содержания углеводов для растений характерно и большее их разнообразие.
классификация углеводов
Углеводы делятся на две группы — простые углеводы, или моносахариды, и сложные углеводы, которые, в свою очередь, включают в себя дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
моносахариды
Простые углеводы, как правило, представляют собой многоатомные спирты, содержащие ОН-группу у каждого атома углерода, кроме одного, несущего альдегидную или кетогруппу. Это видно на примере глюкозы, которая имеет 6 атомов углерода, при этом первый — в составе альдегидной группы, а остальные несут ОН-группы.
Наиболее распространенными моносахаридами являются глюкоза, или виноградный сахар, и фруктоза, или фруктовый сахар. Они являются изомерами и имеют одну и ту же общую формулу $mathrm{C_6H_{12}O_6}$.
Пентозы и гексозы способны замыкаться в 5- или 6-членные кольца, переходя в циклическую форму.
Линейная и циклическая формы глюкозы
Длина углеродной цепи в моносахаридах, встречающихся в живых организмах, колеблется от 3 до 8 атомов, хотя большинство из них содержит 3, 5 или 6 атомов углерода. В зависимости от количества атомов углерода моносахариды разделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы. Моносахариды хорошо растворимы в воде, образуют кристаллы и имеют сладкий вкус.
Большое биологическое значение имеют пентозы рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав РНК и ДНК соответственно.
Структура глюкозы и других гексоз
Многообразие моносахаридов связано в основном с оптической изомерией (см. тему «Хиральность и оптическая изомерия биомолекул»). Так, глюкоза, манноза и галактоза имеют одну и ту же брутто-формулу $mathrm{C_6H_{12}O_6}$, но отличаются расположением функциональных групп в пространстве. Розовым на рисунке выделены группы с отличающейся от глюкозы ориентацией.
Альдегидная или кетонная группа обычно взаимодействует с одной из спиртовых групп молекулы, образуя циклическую форму. Процесс циклизации глюкозы показан на рисунке. Циклическую форму изображают стандартным способом, в виде плоского кольца. Устойчивы 5-членные и 6-членные циклы. Обратите внимание, что одним из атомов в кольце является кислород, а один из углеродных атомов (6-й) оказывается вне кольца. Глюкоза в основном присутствует в растворе в виде 6-членного кольца.
При изображении циклических сахаров ОН-группы в D-ориентации (те, что смотрят вправо в линейной формуле) оказываются под плоскостью кольца, а ОН-группы в L-ориентации (влево в линейной формуле) — над плоскостью кольца, то есть линейную формулу нужно повернуть вправо, как показано в анимации.
Фруктоза замыкается в 5-членное кольцо, т. к. имеет кетогруппу, расположенную при 2-м атоме, которая взаимодействует с гидроксильной группой при 5-м атоме. Линейная и циклическая формулы фруктозы:
альфа- и бета-изомеры сахаров
При циклизации моносахаридов возникает оптическая изомерия по тому атому углерода, который содержался в составе альдегидной или кетогруппы (они не имеют оптической изомерии, т. к. в них атом С не тетраэдрический — есть двойная связь, и заместителя всего три). После замыкания в цикл этот С становится тетраэдрическим, и при нем появляется ОН-группа (у глюкозы это атом 1, у фруктозы — 2). Данная ОН-группа называется гликозидным гидроксилом. В какой оптической конфигурации — D или L — этот гидроксил будет находиться? Это происходит случайным образом, поэтому возможны оба варианта, и эти изомеры превращаются друг в друга через линейную форму. Изомер, в котором ОН-группа оказывается в D-ориентации и, соответственно, под плоскостью кольца, называется $alpha$-изомером. Изомер, в котором та же группа оказывается в L-ориентации и над плоскостью кольца — $beta$-изомером. Между собой эти изомеры называются $alpha$- и $beta$-аномерами. Процесс взаимного перехода этих форм друг в друга называется муторотацией.
В свободном моносахариде они переходят друг в друга, но при образовании связи фиксируется тот или иной вариант, то есть различают $alpha$- и $beta$-связи в олиго- и полисахаридах.
Структура дезоксирибозы и рибозы
Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием одного кислорода при 2-м атоме С («дез» — без, «окси» — указывает на кислород). Атомы этих сахаров в составе ДНК и РНК нумеруют со штрихами, чтобы в нуклеотидах была сквозная нумерация атомов (без штрихов нумеруют атомы в другой части нуклеотида — азотистом основании).
дисахариды
Молекулы моносахаридов могут образовывать связи между собой с потерей молекулы воды. В результате образуются олиго- и полисахариды. К олигосахаридам относят растворимые в воде полимеры моносахаридов.
Дисахариды широко распространены в живой природе.
Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар), представляющая собой соединение глюкозы и фруктозы, играет важную роль в растениях, где она служит транспортируемой формой углеводов во флоэме. Кроме того, она часто накапливается в качестве запасного вещества. Особенно много ее в сахарном тростнике и свекле, откуда ее получают для использования в пищу.
Другой важный дисахарид — лактоза (или молочный сахар) содержащаяся в молоке млекопитающих. Она состоит из остатков глюкозы и галактозы.
Мальтоза, образованная двумя остатками глюкозы, образуется при расщеплении крахмала и гликогена в пищеварительном тракте животных или при прорастании семян растений.
В природе встречается много других дисахаридов, кроме того, известны олигосахариды, содержащие 3 и 4 остатка моносахаридов.
При описании структуры ди- и полисахаридов существенным является:
полисахариды
Полисахариды нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Так как к одному остатку моносахарида может быть присоединено несколько других остатков, полисахариды могут иметь разветвленную структуру. В живых организмах наиболее широко распространены полимеры глюкозы — крахмал, гликоген и целлюлоза.
Одними из важнейших полисахаридов являются полимеры из остатков глюкозы — крахмал, гликоген и целлюлоза.
Крахмал состоит только из остатков глюкозы. В состав крахмала входят два компонента — линейный компонент, называемый амилозой, и разветвленный — амилопектин. Амилоза имеет спиральную пространственную структуру. Внутрь спирали способны встраиваться молекулы йода, поэтому качественная реакция на крахмал — образование синего йодкрахмального комплекса. Молекулы амилозы и амилопектина содержат несколько тысяч остатков глюкозы. Крахмал служит основным запасным веществом у растений.
У животных и грибов резервную (запасающую) функцию выполняет гликоген — полисахарид, похожий на амилопектин, но отличающийся большей разветвленностью. Крахмал и гликоген накапливаются в клетках в виде гранул.
Целлюлоза представляет собой линейный неветвящийся полимер, содержащий примерно 10 000 остатков глюкозы. Молекулы целлюлозы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой множество водородных связей. Таким образом формируются прочные пучки молекул — мицеллы, которые объединяются в волокна (микрофибриллы). Такое строение придает целлюлозе высокую механическую прочность. Целлюзоза встречается в основном у растений, где составляет основу клеточных стенок. Помимо растений целлюлоза обнаружена у оомицетов (группа, которую обычно относили к грибам) и у асцидий. Целлюлоза — самое распространенное на земле органическое вещество.
Близок по строению к целлюлозе хитин. В нем мономерной единицей является N-ацетилглюкозамин — азотсодержащий моносахарид, производное глюкозы. Хитин служит основой клеточных стенок грибов и образует наружный скелет у членистоногих.
Клеточную стенку бактерий образует соединение муреин (от лат. murum — стена). Оно состоит из полисахаридных цепочек, сшитых между собой пептидными мостиками. Поэтому его еще называют пептидогликаном (гликаны — другое название сложных углеводов). Полисахаридные цепочки муреина образованы двумя чередующимися остатками азотсодержащих моносахаридов. Пептидные мостики муреина содержат D-изомеры аминокислот, что является редкостью в живом мире.
Крахмал.
Крахмал включает в себя два компонента: линейный (неветвящийся) — амилозу — и ветвящийся — амилопектин. Цепочки амилозы состоят из остатков глюкозы, соединенных $alpha$-(1-4)-связями. Так как в случае $alpha$-связи каждый следующий мономер поворачивается относительно предыдущего на один и тот же (тетраэдрический) угол, возникает спиральная структура.
Амилопектин включает в себя цепочки, подобные амилозе, которые дополнительно ветвятся за счет $alpha$-(1-6)-связей.
Гликоген.
Устроен подобно амилопектину, с большой частотой ветвления. Пространственная структура напоминает плоскую ветвящуюся спираль.
Центром организации гликогеновой гранулы служит белок гликогенин (на рисунке цветной).
Целлюлоза.
Неветвящийся (линейный) полимер из остатков глюкозы. Остатки глюкозы соединены между собой $beta$-(1-4)-связями. Поскольку $beta$-связь находится над плоскостью глюкозного кольца, а ОН-группа при 4-м атоме глюкозы смотрит вниз (в D-конфигурации), то каждый следующий остаток глюкозы переворачивается «вверх ногами». В результате образуется не спиральная пространственная структура, как в крахмале и гликогене, а линейная.
Часто структуру целлюлозы изображают так, но данная форма записи связи не отражает реального расположения мономеров в пространстве.
Линейные цепочки целлюлозы взаимодействуют друг с другом (за счет образования водородных связей между ОН-группами) и образуют пучки, из которых строится клеточная стенка растений и некоторых других организмов.
Хитин. Линейный $beta$-(1-4)-полимер азотсодержащего моносахарида N-ацетилглюкозамина (производное глюкозы с модификацией у 2-го атома С).
Муреин.
функции углеводов
Функции углеводов в живых организмах многообразны.
Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, на основе их углеродного скелета образуются практически все другие вещества в клетках автотрофов. Гетеротрофы потребляют эти вещества в качестве пищи.
Энергетическая функция: углеводы являются наиболее удобным источником энергии. Основные пути получения энергии у всех живых организмов рассчитаны на использование глюкозы и фруктозы.
Структурная функция: полисахариды, например целлюлоза и хитин, входят в состав клеточных стенок, хитинового панциря членистоногих. Также полисахариды являются неотъемлемыми компонентами соединительной ткани животных (хрящи, сухожилия и др.).
Запасающая (резервная) функция. Важнейшие резервные углеводы — крахмал (у растений) и гликоген (у животных и грибов).
Транспортная функция: в форме углеводов осуществляется основной транспорт веществ в многоклеточных организмах, например в крови животных (глюкоза) или в флоэме высших растений (сахароза).
Остатки олигосахаридов, находящиеся на поверхности клеток в составе гликопротеинов и гликолипидов, играют важную роль в межклеточном взаимодействии и адгезии — организации клеток в ткани.
Источник
Глюкоза – универсальный углевод для живых организмов, производимый растениями
Растительные углеводы:
Крахмал-запасное вещество
Целлюлоза – основной полисахарид, из которого состоит клеточная стенка растений
Животные :
Гликоген- запасное вещество
В процессе пищеварения у животных из полисахаридов образуются олигосахариды, а из них различные дисахариды:
-мальтоза(глюкоза +глюкоза)
-сахароза (фруктоза+глюкоза)
-лактоза (галактоза+глюкоза)
Какие сложные органические соединения входят в состав клеток живых организмов чем они являются?
Мои интересы: разнообразны, но можно выделить следующие: литература, история…
Органические соединения составляют в среднем 20-30% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул. В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы – полисахариды; в животных – больше белков и жиров. Тем не менее каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.
Прочитать ещё 1 ответ
Какие функции выполняет вакуоли в клетке?
Cinemaphile & multi-instrumentalist. Love boxing & cycling, cats & dogs, cars &…
Вакуоли регулируют рост: поглощают воду и удлинняют клетки.
Хранят важные питательные вещества, ферменты и т.д.
Помогают в проростании семян, т.к. являются питательным веществом.
Выделяют ядовитые вещества, тем самым защищая растения от животных.
Разрушают крупные молекулы.
Отвечают за тургорное давление, чтобы структуры оставались жёсткими и прямыми.
Также вакуоли участвуют в автолизе – процессе, при котором клетка разрушается ферментами.
Прочитать ещё 3 ответа
Что общего в питании большинства бактерий и грибов?
Биолог, фанатка естественных наук и токсикологии. С удовольствием отвечу на…
И бактерии, и грибы всасывают питательные вещества из окружающей среды. Некоторые бактерии и все грибы являются гетеротрофами. Это означает, что они не могут синтезировать органические вещества из неорганических и должны получать их с пищей. В этом грибы (и некоторые бактерии) схожи с животными.
Прочитать ещё 1 ответ
Один и тот же набор ДНК содержится во всех клетках организма. Почему же клетки различаются?
Это очень интересный вопрос! Мне кажется, предыдущий ответ немножко сумбурный, поэтому отвечу.
Дело в том, что в нашем организме нет ни одной клетки, в которой работали бы все гены сразу. Во всех клетках нашего организма всегда работает некоторый процент от всего генома. Это – так называемые “гены домашнего хозяйства”. Они отвечают за самые важные и необходимые функции, вне зависимости от специализации и вида клетки. То есть это те гены, которые работают во всех клетках без исключения. А есть гены, которые работают только в одном типе клеток, например, в нейронах мозга. Эти гены занимают определённый процент во всём геноме. Есть гены, работающие только в эритроцитах. Например, зачем нейронам гемоглобин для переноса кислорода? В нейронах ген гемоглобина отключается, зато гемоглобин необходим эритроцитам, и там этот ген активно работает. Такие гены называются “luxury гены” или “гены роскоши”.
Таким образом, клетки отличаются друг от друга, несмотря на одинаковый геном, потому что в каждом типе клеток работает свой набор генов, а не весь геном целиком.
Прочитать ещё 1 ответ
Из чего синтезируются углеводы при фотосинтезе?
Люблю простые слова для вещей, toki pona.
Углекислый газ (СО2) и вода (H2O) дают углеводы в процессе фотосинтеза. И делают это в две фазы: сначала от воды отщипывается кислород и выделяется, а водород остаётся связанным. А потом уже полученные соединения связывают углекислый газ.
Прочитать ещё 2 ответа
Источник
Углеводы — это одна из форм энергии, запасаемой растениями. Сладкие фрукты хранят энергию углеводов в виде фруктозы, обладающей быстрой скоростью усвоения, а овощи и крупы — в виде крахмала, относящегося к сложным углеводам. Отметим, что входящая в состав растений клетчатка — также углевод.
Избыток простых углеводов в еде приводит к набору лишнего веса и ряду нарушений обмена веществ (прежде всего, сахарному диабету), тогда как употребление большого количество продуктов с клетчаткой полезно для здоровья. Как научиться разбираться, какие углеводы — полезны, а какие — вредны?
// Что такое углеводы?
Углеводы входят в состав большинства продуктов и являются основном источником энергии в еде. В зависимости от количества структурных единиц они делятся на простые и сложные. Простые («быстрые») углеводы легко усваиваются и быстро повышают уровень сахара в крови — то есть, имеют высокий гликемический индекс. Их избыток в питании влечет ухудшение метаболизма и набор лишнего веса.
Сложные углеводы (крахмал, клетчатка) состоят из множества полисахаридов, включая от десятков до сотен структурных элементов. Пища с такими углеводами считается полезной. При переваривании она постепенно отдает свою энергию, обеспечивая долговременное чувство насыщения от еды. При этом клетчатка вообще не усваивается организмом — говоря простыми словами, обладает нулевой калорийностью.
На ограничении углеводов в питании строятся множество диет — например, низкоуглеводная диета для диабетиков или безуглеводная диета (кето диета) для похудения. При силовых тренировках для роста мышц, наоборот, рекомендуется употреблять повышенное количество углеводов — особенно в период углеводного окна для быстрого восполнения запасов гликогена.
// Углеводы — кратко:
- ключевой компонент энергии в еде
- в 1 г углеводов содержится 4 ккал
- бывают простые (фруктоза, глюкоза) и сложные (крахмал, клетчатка, гликоген)
- гликоген — основное топливо для мышц человека
В каких продуктах содержатся углеводы?
Углеводы содержатся практически во всех продуктах питания, за исключением продуктов животного происхождения. Лишь в молоке содержится небольшое количество углеводов — преимущественно, в виде лактозы. В состав растительных продуктов входят преимущественно сложные углеводы, а продукты с простыми углеводами чаще всего изготавливаются промышленным образом (начиная от белого сахара, заканчивая выпечкой).
Полный список продуктов питания с углеводами
Углеводы — простые и сложные
Попадая в желудок, продукты с углеводами перевариваются и повышают уровень сахара в крови. В свою очередь, повышение сахара ведет к повышению уровня гормона инсулина. Именно этот гормон открывает клеткам возможность запасать энергию. Регулярное употребление простых углеводов нарушает механизмы выработки инсулина, заставляя организм испытывать голод даже тогда, когда энергии достаточно.
К сожалению, наиболее простым методом утилизации избыточных быстрых углеводов является конвертация их калорий в жировые запасы. При этом резкие колебания сахара в крови приводят к появлению голода и характерного желания снова подкрепиться сладким. Возникает замкнутый круг — человек толстеет от таких продуктов, однако не может отказаться от сладкого. Однако похудение всегда начинается именно с отказа от сладкого.
// Простые углеводы — список продуктов
- сахар (включая мед, сладкие газировки типа колы и фруктовые соки)
- джемы, варенья, мармелад и прочие сладости
- хлеб и всевозможная выпечка из белой муки
- большинство сладких фруктов
- белый рис
Сложные углеводы — что это?
Сложные углеводы — это прежде всего крахмал (главный углевод растений), гликоген (основной источник энергии мышц) и пищевая клетчатка. Крахмал, по сути, является множеством молекул простых углеводов, крепко соединенных вместе. На расщепление продуктов со сложными углеводами организму необходимо как время, так и энергия. Именно поэтому сложные углеводы называются “медленными” и являются более полезными.
Главной функций сложных углеводов является как обеспечение процессов пищеварения (к примеру, клетчатка ответственна за нормальное движение перевариваемой еды по пищеводу), так и запасание энергии для физических активностей. Кроме этого, употребление в пищу клетчатки и прочих сложных углеводов нормализует уровень глюкозы в крови, что особенно важно при соблюдении диеты при сахарном диабете.
// Сложные углеводы — список продуктов
- различные цельнозерновые крупы
- макароны из твердой пшеницы
- зеленые овощи
- бурый рис
- фасоль и прочие бобовые
Гликемический индекс еды
Чем проще состав конкретного углевода и чем меньше сахаридов он содержит в своей формуле, тем быстрее он переваривается и попадает в кровь, повышая уровень сахара. Такие продукты имеют высокий гликемический индекс. Сложные растительные углеводы (смесь крахмала и клетчатки), состоящие из сотен связанных структурных элементов, усваиваются намного медленнее.
Нормы углеводов для набора массы
Мнение о том, что мышцы растут от употребления белка — ошибочно. В материале нормы БЖУ для набора массы мы упоминали, что при тренировках для роста мышц необходимо употреблять порядка 60% в виде углеводов. Именно углеводы являются основным источником энергии для мускулатуры, запасаясь в виде гликогена. Другими словами, на безуглеводной диете набрать массу нельзя.
Также атлетам важно помнить о теории углеводного окна — времени после тренировки, в течение которого мышцы более восприимчивы к энергии. В частности, употребление простых углеводов повышает уровень инсулина, открывая таким образом возможность клеток запасать энергию — на этом принципе строится работа гейнеров. В них используется мальтодекстрин — полисахарид с высокой скоростью усвоения.
// Польза углеводов для мышц:
- гликоген — ключевое топливо для мышц
- углеводы входят в состав гейнеров
- повышают уровень инсулина
***
Углеводы — ключевой вид запасаемой в растениях энергии. В зависимости от количества структурных элементов они делятся на простые и сложные. Для определения вреда или пользы еды с углеводами используется гликемический индекс. Избыток фруктозы и глюкозы в еде приводит к нарушению обмена веществ (сахарному диабету) и к набору нежелательного веса.
Источник