Что общего в строении крахмала гликогена и целлюлозы
Что общего в строении крахмала, гликогена, и целлюлозы?
Обсуждение вопроса:
Между ними существует только одно различие. В крахмале все повторяющиеся звенья глюкозы ориентированы одним и тем же образом. А в целлюлозе каждое последующее звено глюкозы повернуто на 180 градусов относительно предыдущего звена вокруг оси основной цепи молекулы полимера.
Одно из самых важных различий в поведении этих двух полимеров заключается в следующем: вы можете питаться крахмалом, но вы не способны переваривать целлюлозу. Ваше тело содержит энзимы, которые разлагают крахмал на молекулы глюкозы, которые служат источником энергии для вашего организма. Но человеческий организм не содержит энзимов, которые разлагали бы целлюлозу. У некоторых животных в организме есть такие энзимы, например, у термитов, которые питаются древесиной или у жвачных животных, которые питаются травой и разлагают целлюлозу в своих желудках, состоящих из четырех разделов.
Целлюлоза гораздо прочнее крахмала. Целлюлоза не растворяется в воде, как это делает крахмал, и не разлагается столь легко.
Общее: Крахмал, гликоген, целлюлоза – природные высокомолеклярные соединения, образованные остатками глюкозы (несахароподобные полисахариды).
Что общего в строении крахмала гликогена и целлюлозы
Подробное решение параграф § 3 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сухорукова Л.Н., Кучменко В.С., Иванова Т.В. Базовый уровень 2018
Почему основу живой материи составляют атомы углерода?
Все без исключения живые организмы построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов углерода, соединенных с атомами других элементов.
Из различных соединений углерода состоят белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, аминокислоты, являющиеся строительным материалом для всех тканей организма. Углерод является структурным компонентом всех органических соединений участвующих во всех биохимических процессах в клетке.
Каково значение углеводов и жиров в обмене веществ?
Углеводы являются основным источником энергии в клетке. При окислении углеводов в процессе дыхания, освобождается энергия, которая расходуется на процессы жизнедеятельности организма.
Жиры так же являются источником энергии. Окисляясь, они выделяют в 2 раза больше энергии, чем углеводы. Еще одним продуктом окисления является вода, которая может усваиваться организмом при недостатке влаги. Жиры выполняют роль терморегулятора.
Вопросы и задания
Сравните мономеры и биополимеры. В чем заключаются сходство и различие этих соединений?
Атомы углерода взаимодействуя с металлами и неметаллами создают каркасы разнообразных органических молекул.
Молекулы с малой массой — низкомолекулярные соединения — называются мономерами, соединения высокомолекулярные (с большой молекулярной массой) называются биополимерами.
Биополимеры — это класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.
Выделяют два типа биополимеров — регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды)
Что общего в строении крахмала, гликогена, и целлюлозы?
Крахмал, гликоген, целлюлоза производные изомеров моносахарида — глюкозы.
Как связано наличие глюкозы в клетке с процессом дыхания?
Глюкоза образуется в клетке в процессе фотосинтеза. При окислении глюкозы в процессе дыхания растений освобождается энергия, которая расходуется на нужды организма.
В растительной клетке из глюкозы синтезируется крахмал, в животной клетке — гликоген.
Охарактеризуйте биологические функции жироподобных веществ и жиров в клетке?
Жиры и жироподобные вещества (фосфолипиды и воски) называют липидами.
Жиры выполняют функцию энергетическую — окисляясь, они выделяют в 2 раза больше энергии, чем углеводы. Еще одним продуктом окисления является вода, которая может усваиваться организмом при недостатке влаги. Жиры служат питательными веществами, а так же выполняют роль терморегулятора, откладываясь в подкожной клетчатке позвоночных животных, защищает их от переохлаждения.
Фосфолипиды составляют основу всех клеточных мембран, воски создают водоотталкивающее покрытие на поверхности листьев и плодов растений, кожи, перьев, и шерсти у животных.
Углеводы: полисахариды. Важнейшие представители
Урок 33. Химия 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Углеводы: полисахариды. Важнейшие представители»
К полисахаридам относятся крахмал, гликоген и целлюлоза.
Полисахариды – это природные высокомолекулярные соединения, которые состоят из множества остатков моносахаридов.
В зелёных растениях из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза образуется глюкоза, из которой под действием ферментов образуется крахмал.
Крахмал содержится в виде зёрен в таких растениях, как рис (до 86 %), картофель (около 25 %), кукуруза (около 70 %), пшеница (около 75 %).
Доказано, что молекулы крахмала состоят из остатков α-глюкозы. Макромолекулы крахмала имеют вид двойной спирали. Каждое это звено состоит из шести остатков глюкозы, которые соединены атомами кислорода.
Шесть звеньев спирали образуют пространственную структуру крахмала, внутри которой имеются пустоты, они заполнены молекулами воды.
Крахмал – это белое аморфное вещество, нерастворим в холодной воде, в горячей воде образует клейстер.
Рассмотрим химические свойства крахмала.
Характерной реакцией крахмала является реакция с раствором йода. Так, при действии на крахмал спиртового раствора йода появляется синее окрашивание. Эта окраска исчезает при нагревании и появляется при охлаждении. Данная реакция является качественной на крахмал.
Если провести гидролиз крахмала при кипячении с серной кислотой, то образуется глюкоза.
При ферментативном гидролизе образуется дисахарид – мальтоза.
То есть при гидролизе крахмала образуются промежуточные вещества: сначала декстрины, затем дисахариды, как мальтоза, и на конечной стадии – глюкоза.
В промышленности крахмал получают из картофеля, кукурузы и риса, то есть тех продуктов, где его содержание велико. Крахмал – это источник углеводов. Крахмал применяется в пищевой, фармацевтической промышленности, для производства глюкозы, в качестве клея.
Строение гликогена такое же, как и амилопектина, но степень разветвления гликогена выше. Гликоген растворим в воде, но не образует клейстера.
Гликоген – это резервный полисахарид у животных, он синтезируется и хранится в печени и мышцах.
Целлюлоза входит в состав всех клеточных оболочек растений. Волокна хлопка, льна и конопли в основном состоят из целлюлозы, в древесине её содержится около 50 %. Вата – это почти 100%-ная целлюлоза.
Молекулярная формула целлюлозы также (С6Н10О5)n. Но степень полимеризации её гораздо выше, чем крахмала. Макромолекулы целлюлозы построены из остатков β-глюкозы. Все макромолекулы целлюлозы имеют линейное строение.
В организме человека нет ферментов, которые бы расщепляли целлюлозу, но некоторые микроорганизмы, обитающие в почве, в желудке жвачных животных, муравьях-древоточцах могут это сделать.
Целлюлоза – это белое аморфное вещество, не растворяется в воде и органических растворителях. Гигроскопична, при нагревании обугливается.
Рассмотрим химические свойства целлюлозы.
При гидролизе целлюлозы образуется конечный продукт – глюкоза.
В результате реакции целлюлозы с уксусной кислотой или ангидридом уксусной кислоты образуется сложный эфир – триацетилцеллюлоза.
Сложный эфир образуется и в результате реакции целлюлозы с азотной кислотой, при этом получается тринитроцеллюлоза.
Целлюлозу используют в текстильной промышленности для получения искусственных волокон, в текстильной промышленности используют и готовые волокна льна, хлопка. Из целлюлозы получают этиловый спирт, который используют в качестве технического спирта. Тринитропроизводные целлюлозы используют как взрывчатые вещества и при производстве бездымного пороха. Большое количество целлюлозы идёт на изготовление бумаги.
Подобно целлюлозе в растениях, опорные и механические функции у ракообразных и некоторых насекомых выполняет хитин – это полимер, который входит в состав наружного скелета.
Таким образом, молекулярная формула полисахаридов – (С6Н10О5)n. Крахмал построен из остатков α-глюкозы. Он состоит из макромолекул линейного строения – амилозы и макромолекул разветвлённого строения – амилопектина. Качественной реакцией на крахмал является реакция со спиртовым раствором йода. Конечным продуктом гидролиза крахмала является глюкоза. При гидролизе целлюлозы также образуется глюкоза. Для целлюлозы характерны реакции этерификации с образованием сложных эфиров.
Х и м и я
Биоорганическая химия
Полисахариды. Крахмал, Целлюлоза.
На этой странице мы рассмотрим несахароподобные полисахариды.
Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.
Важнейшие представители несахароподобных полисахаридов – крахмал и целлюлоза (клетчатка).
Эти углеводы во многом отличаются от моно- и олигосахаридов. Они не имеют сладкого вкуса, большинство из них не растворимо в воде. По этой причине их называют несахароподобными (в отличие от сахароподобных олигосахаридов, которые также относятся к полисахаридам).
Олигосахариды имеют знаительно меньший размер молекул и свойства, близкие к моносахаридам.
Несахароподобные полисахариды представляют собой высокомолекулярные соединения, которые под каталитическим влиянием кислот или ферментов подвергаются гидролизу с образованием более простых полисахаридов, затем дисахаридов и, в конечном итоге, множества (сотен и тысяч) молекул моносахаридов.
Химическое строение полисахаридов.
По химической природе полисахариды стоит рассматривать как полигликозиды (полиацетали). Каждое звено моносахарида связано гликозидными связями с предыдущим и последующим звеньями.
При этом для связи с последующим звеном предоставляется полуацетальная (гликозидная) гидроксильная группа, а с предыдущим – спиртовая гидроксильная группа.
На конце цепи находится остаток восстанавливающегося моносахарида. Но поскольку доля концевого остатка относительно всей макромолекулы весьма невелика, то полисахариды проявляют очень слабые восстановительные свойства.
Гликозидная природа полисахаридов обусловливает их гидролиз в кислой и высокую устойчивость в щелочной средах.
Полисахариды имеют большую молекулярную массу. Им присущ характерный для высокомолекулярных веществ более высокий уровень структурной организации макромолекул.
Наряду с первичной структурой, т.е. определённой последовательностью мономерных остатков, важную роль играет вторичная структура, определяемая пространственным расположением молекулярной цепи.
Классификация полисахаридов.
Полисахариды можно классифицировать по разным признакам.
Полисахаридные цепи могут быть:
Наиболее изучены гомополисахариды.
Их можно разделить по их происхождению:
Гетерополисахариды, к числу которых относятся многие животные и бактериальные полисахариды, изучены меньше, однако они играют важную биологическую роль.
Гетерополисахариды в организме связаны с белками и образуют сложные надмолекулярные комплексы.
Для полисахаридов используется общее название гликаны.
Гликаны могут быть:
В зависимости от природы моносахарида различают:
Крахмал
Крахмал (С6Н10О5)n – белый (под микроскопом зернисый) порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде крахмал набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер). С раствором йода даёт синее окрашивание (характерная реакция).
Крахмал образуется в результате фотосинтеза, в листьях растений, и запасается в клубнях, корнях, зёрнах.
Химическое строение крахмала
Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из глюкозы (D-глюкопиранозы): амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%).
Дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза. В амилозе D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4) гликозидными связями.
По данным рентгеноструктурного анализа макромолекула амилозы свёрнута в спираль. На каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев.
Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвлённое строение.
Цепь амилозы включает от 200 до 1000 глюкозных остатков, молекулярная масса 160 000. Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.
Гидролитическое расщепление крахмала.
В пищеварительном тракте человека и животных крахмал подвергается гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом.
В технике превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) осуществляется путём кипячения его в течение нескольких часов с разбавленной серной кислотой. Впоследствии серную кислоту удаляют. Получается густая сладкая масса, так называемая крахмальная патока, содержащая, кроме глюкозы, значительное количество других продуктов гидролиза крахмала. Патока применяется для приготовления кондитерских изделий и различных технических целей.
Если требуется получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше. Этим достигается более высокая степень гидролиза крахмала.
При нагревании сухого крахмала до 200-500 град. С происходит частичное разложение его и получается смесь менее сложных, чем крахмал полисахаридов, называемых декстринами.
Разложением крахмала на декстрины объясняется образование блестящей корки на печёном хлебе. Крахмал муки, превращённый в декстрины, легче усваивается вследствие большей растворимости.
Гликоген
В животных организмах этот полисахарид является структурным и функциональным аналогом растительного крахмала.
Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц).
Химическое строение гликогена.
По строению гликоген подобен амилопектину (структурную формулу см. выше). Но молекулы гликогена значительно больше молекул амилопектина и имеют более разветвленную структуру. Обычно между точками разветвления содержится 10-12 глюкозных звеньев, а иногда даже 6.
Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергетической функции, так как только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы.
Молекулярная масса у гликогена необычайно велика. Измерения показали, что она равна 100 млн. Такой размер макромолекул содействует выполнению функции резервного углевода. Так, макромолекула гликогена из-за большого размера не проходит через мембрану и остаётся внутри клетки, пока не возникнет потребность в энергии.
Функции гликогена в метаболизме.
Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках.
Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.
Гликогеновый запас, однако, не столь ёмок в калориях на грамм, как запас триглицеридов (жиров). Он имеет скорее локальное значение. Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма.
Гидролиз гликогена в кислой среде протекает очень легко с количественным выходом глюкозы.
Аналогично гликогену в животных организмах, в растениях такую же роль резервного полисахарида выполняет амилопектин, имеющий менее разветвлённое строение. Меньшая разветвлённость связана с тем, что в растениях значительно медленнее протекают метаболические процессы и не требуется быстрый приток энергии, как это иногда бывает необходимо животному организму (стрессовые ситуации, физическое или умственное напряжение).
Целлюлоза (клетчатка)
Целлюлоза – наиболее распространённый растительный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений.
Наиболее чистая природная целлюлоза – хлопковое волокно – содержит 85-90% целлюлозы. В древесине хвойных деревьев целлюлозы содержится около 50%.
Химическое строение целлюлозы
Структурной единицей целлюлозы является D-глюкопираноза, звенья которой связаны бета(1-4)-гликозидными связями.
Биозный фрагмент целлюлозы представляет собой целлобиозу. Макромолекулярная цепь не имеет разветвлений, в ней содержится от 2500 до 12 000 глюкозных остатков, что соответствует молекулярной массе от 400 000 до 1-2 млн.
Бета-Конфигурация аномерного атома углерода приводит к тому, что макромолекула целлюлозы имеет строго линейное строение. Этому способствует образование водородных связей внутри цепи, а также между соседними цепями.
Такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу прекрасным материалом для построения клеточных стенок растений.
Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта, но она является необходимым для питания баластным веществом.
Использование целлюлозы
Значение целлюлозы очень велико. Достаточно указать, что огромное количество хлопкового волокна идёт для выработки хлопчатобумажных тканей.
Из целлюлозы получают бумагу и картон, а путём химической переработки – целый ряд разнообразных продуктов: искусственное волокно, пластические массы, лаки, этиловый спирт.
Большое практическое значение имеют эфирные производные целлюлозы: ацетаты (искусственный шёлк), ксантогенты (вискозное волокно, целлофан), нитраты (взрывчатые вещества, коллоксилин) и др.