В клетках каких организмов содержится больше 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
Тренировочные тесты ЕГЭ. Биология. Тема: химический состав клетки.
1. Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит
1.составным компонентом белков и нуклеиновых кислот 2.основным источником энергии 3.структурным компонентом жиров и углеводов 4.основным переносчиком кислорода
2. Вода играет большую роль в жизни клетки, так как она 1.участвует во многих химических реакциях 2обеспечивает нормальную кислотность среды 3 ускоряет химические реакции
4.входит в состав мембран
3. Основным источником энергии в организме являются:
1)витамины 2.ферменты 3гормоны 4углеводы
4органические вещества в клетке перемещаются к орга ноидам по
1.системе вакуолей 2.лизосомам 3.митохондриям 4.эндоплазматической сети
4.В клетках каких организмов содержится в десятки раз больше углеводов, чем в клетках животных?
1бактерий-сапротрофов 2.одноклеточных 3.простейших 4.растений
5.В клетке липиды выполняют функцию
1) каталитическую 2)транспортную 3.информационную 4.энергетическую
6.В клетках человека и животных в качестве строитель ного материала и источника энергии используются
1гормоны и витамины 2вода и углекислый газ 3.неорганические вещества 4.белки, жиры и углеводы
7 Жиры, как и глюкоза, выполняют в клетке функцию
1)строительную 2.информационную 3.каталитическую 4энергетическую
8. Укажите какой цифрой на рисунке обозначена вторич ная структура молекулы белка
9.В состав ферментов входят
1нуклеиновые кислоты 2.белки 3.молекулы АТФ 4.углеводы
10.Четвертичная структура молекул белка формируется в результате взаимодействия
1. аминокислот и образования пептидных связей 2.нескольких полипептидных нитей 3.участков одной белковой молекулы за счет водородных связей 4.белковой глобулы с мембраной клетки
11.Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов? 1)регуляторную 2.сигнальную 3.защитную 4.ферментативную
12.Разнообразные функции в клетке выполняют молекулы
1)ДНК 2) белков 3)иРНК 4) АТФ
13.Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химиче ские реакции в клетке?
1)гормональную 2)сигнальную 3.ферментативную 4.информационную
14.Программа о первичной структуре молекул белка за шифрована в молекулах
1)тРНК 2) ДНК 3)липидов 4) полисахаридов
15.В молекуле ДНК две полинуклеотидные нити связаны с помощью
1комплементарных азотистых оснований 2остатков фосфорной кислоты 3.аминокислот 4.углеводов
16Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК, –
1)ионная 2) пептидная 3)водородная 4) ковалентная полярная
17.Благодаря свойству молекул ДНК воспроизводить себе подобных,
1формируется приспособленность организма к среде оби тания
2.у особей вида возникают модификации 3.появляются новые комбинации генов
4.наследственная информация передается от материнской клетки к дочерним
18.Молекулы ДНК представляют собой материальную ос нову наследственности, так как в них закодирована информацияо структуре молекул 1.полисахаридов
2.белков 3)липидов 4) аминокислот
19. В молекуле ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего количества. Сколько нуклеотидов с гуанином?
2)400
1)200
3)1000
4)1800
20. Наследственная информация о признаках организма сосредоточена в молекулах
1.тРНК 2. ДНК 3.белка 4.полисахаридов
21. Рибонуклеиновые кислоты в клетках участвуют в
1.хранении наследственной информации 2биосинтезе белков
3.биосинтезе углеводов 4.регуляции обмена жиров
22.Молекулы иРНК, в отличие от тРНК,
1служат матрицей для синтеза белка 2служат матрицей для синтеза тРНК
3.доставляют аминокислоты к рибосоме 4.переносят ферменты к рибосоме
23.Молекула иРНК осуществляет передачу наследственной информации
1.из ядра к митохондрии 2.из одной клетки в другую
3.из ядра к рибосоме 4.от родителей потомству
24.Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азоти стое основание
1)аденин 2)гуанин 3урацил цитозин
25.Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав 1)ДНК 2) иРНК 3)белков 4) полисахаридов
26.Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи
1)водородные 2.пептидные 3.гидрофобные 4.дисульфидные
27.АТФ образуется в процессе 1.синтеза белков на рибосомах
2.разложения крахмала с образованием глюкозы
3.окисления органических веществ в клетке 4.фагоцитоза
28Мономером молекулы белка служит
1) азотистое основание 2) моносахарид 3) аминокислота 4) липиды
29Большинство ферментов являются
1) углеводами 2) липидами 3) аминокислотами 4) белками
30Строительная функция углеводов состоит в том, что они
1) образуют целлюлозную клеточную стенку у растений 2) являются биополимерами
3) способны растворяться в воде 4) служат запасным веществом животной клетки
31Важную роль в жизни клетки играют липиды, так как они 1) являются ферментами
2)растворяются в воде 3)служат источником энергии 4)поддерживают постоянную среду в клетке
32Синтез белков у эукариот происходит: а. на рибосомах б. на рибосомах в цитоплазме
В.на клеточной мембране г. на микрофиламентах в цитоплазме.
33. Первичная, вторичная и третичная структуры молекулы характерны для:
1.гликогена 2.аденина 3.аминокислоты 4.ДНК.
Часть В
1.В состав молекулы РНК входит
А)рибоза Б)гуанин В) катион магния Г) дезоксирибоза Д) аминокислота Е) фосфорная кислота
Запишите ответ в виде последовательности букв в алфавитном порядке (без пробелов и других символов).
2.Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.
ФУНКЦИЯ
1) хранение наследственной информации БИОПОЛИМЕР А)белок Б) ДНК
2} образование новых молекул путем самоудвоения
3) ускорение химических реакции
4) является обязательным компо нентом мембраны клетки
5) обезвреживание антигенов
Запишите в таблицу получившуюся последовательность букв и перенесите в бланк ответов (без пробелов и других символов).
3.Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.
ФУНКЦИЯ
1) образование клеточных стенок БИОПОЛИМЕР А) полисахарид Б) нуклеиновая кислота
2) транспортировка аминокислот
3) хранение наследственной информации
4) служит запасным питатель ным веществом
5) обеспечивает клетку энергией
Запишите в таблицу получившуюся последовательность букв и перенесите в бланк ответов (без пробелов и других символов).
Часть С
1.В одной цепочке молекулы ДНК имеется 31% адениловых остатков, 25% тимидиловых остатков и 19% цитидиловых остатков. Рассчитайте, каково процентное соотношение нуклеотидов в двухцепочечной ДНК.
2.Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.
1. Белки — это биологические полимеры, 2. Мо номерами белков являются аминокислоты. 3. В состав белков входит 30 равных аминокислот. 4. Все амино кислоты могут синтезироваться в организме человека и животных. 5. Аминокислоты соединяются в молекуле белка нековалентвыми пептидными связями.
3.Содержение нуклеотидов в цепи иРНК следущее: А-35%, Г-27%,Ц-18%, У-20%. Определите процентный состав нуклеотидов участка 2-цепочечной молекулы ДНК, Являющегося матрицей для этой иРНК.
4.Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 10 остатков глюкозы?
5.Какова роль белков в организме?
6.Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложе ний, в которых они сделаны. Объясните их. 1. Все присутствующие в организме белки — ферменты.
2. Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реак ций. 3. Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует. 4. Активность ферментов не зависит от таких факторов, как темпертура, рН среды, и других факторов. 7. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предж ний, в которых они допущены, объясните их.
1. Информационнная РНК синтезируется на молекуле ДНК. 2. Ее длина не зависит от объема копируемой информации. 3. Количество иРНК в клетке составляет 85% от всего количества в клетке.
4. В клетке существует три вида тРНК. 5. Каждая тРНК присоединяет определенную аминокислоту и портирует ее к рибосомам. 6. У эукариот тРНК намного длиннее, чем иРНК.
8Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки.Обьясните их.
1. Улеводы представляют собой соединения углерода и водород
2. Различают три основных класса углеводов — моносахариды, сахариды и полисахариды.
3. Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.
4. Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.
5. При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии
9. В чем сходство и различие РНК,ДНК,АТФ?
10 Почему глюкоза не выполняет в клетке запасающую роль?
Напишите на обратной стороне бланка или на отдельном листе краткий ответ, включающий не менее двух элементов.
11Почему крахмал относят к биополимерам и какое свойство крахмала обуславливает его запасающую функцию в клетке?
Ответы к ЕГЭ по теме «Химический состав клетки»
№ вопроса | ответ | № вопроса | ответ | № вопроса | ответ | № вопроса | ответ |
1 | 1 | 11 | 3 | 21 | 2 | 31 | 4 |
2 | 1 | 12 | 2 | 22 | 1 | 32 | б |
3 | 4 | 13 | 3 | 23 | 3 | 33 | 4 |
4 | 4 | 14 | 2 | 24 | 3 | 34 | |
5 | 4 | 15 | 1 | 25 | 2 | 35 | |
6 | 4 | 16 | 3 | 26 | 2 | 36 | |
7 | 4 | 17 | 4 | 27 | 3 | 37 | |
8 | 3 | 18 | 2 | 28 | 3 | 38 | |
9 | 2 | 19 | 2 | 29 | 4 | 39 | |
10 | 2 | 20 | 2 | 30 | 1 | 40 |
Часть Б.
1АБЕ 2.ББААА 3АББАА
Часть С
1.А-31% Т-25% Ц-19% Всего 65%, поэтому 100-65=25% (гуанин)
в соответствии с принципом комплементарности
А=Т=31+25=56% т.е. их по 28%
Г=Ц=19+25=44% т.е. их по 22%
2. 345
3.В соответствии с принципом комплементарности в 1 цепочке ДНК, являющейся матрицей для синтеза иРНК, находятся следующие нуклеотиды
Т35% Ц27% Г18% А20%
А=Т=35+20=55% т.е по 27,5%
Ц=Г=27+18=45% т.е.по 25,5%
4.В процессе клеточного дыхания при окислении 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Фрагмент молекулы крахмала гидролизирует до10остатков глюкозы, каждая из которой подвергается полному окислению и в результате образуется 380 молекул АТФ.
5.Ферментативная, регуляторная, структурная, сигнальная, защитная, двигательная, транспортная, энергетическая.
6.124
7. ошибки 2-зависит, 3-5%, 4- около 40видов, 6-короче(70-90 нуклеотидов)
8. ошибки 1-углеводы и вода 3-дисахариды 5- 17,6 кДЖ
10. Глюкоза- гидрофильное соединение в водной среде вступает в обмен веществ и не может накапливаться.
11. Крахмал-полисахарид, мономер – глюкоза. Крахмал обладает свойством гидрофобности, поэтому он может накапливаться в клетке.
Источник