Основные типы биополимеров
Углеводы
Мономеры углеводов – простые сахара или моносахариды. Чаще всего это глюкоза и фруктоза. Самая важная функция моносахаридов – обеспечение организма энергией. В живых клетках простые сахара расщепляются до двуокиси углерода и воды , что сопровождается высвобождением энергии. Эту энергию клетки используют для своих разнообразных нужд.
Глюкоза – это базовая форма, которая хранится в человеческом организме, как запас энергии в виде гликогена в мышцах и печени. В природе глюкоза содержится в сладких фруктах и овощах: винограде, ягодах, апельсинах, моркови, кукурузе. Глюкоза также производится в промышленном масштабе. Пример – кукурузный сироп
Фруктоза содержится в меде , спелых сладких фруктах и овощах. Перед усвоением глюкозы, организм должен сначала конвертировать фруктозу в глюкозу.
Строение молекулы глюкозы Линейная форма глюкозы: СНОСН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН2(ОН)
Глюкоза преимущественно существует в циклическом виде. Известны a- и b-формы циклической глюкозы, различающиеся ориентацией гидроксила при С-1:
Простые сахара могут соединяться друг с другом, образуя дисахариды
Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы , тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах.
Лактоза – молочный сахар, единственный углевод животного происхождения, поэтому очень важный в питании человека. Содержание лактозы в молоке зависит от вида молока и варьируется от 2 до 8%.
Мальтоза - солодовый сахар , формируется в процессе образования солода и ферментации винограда. Присутствует в пиве, мюслях и детском питании, обогащенных мальтозой.
Биомолекулы могут быть определены как молекулы, которые отвечают за биохимическую активность в живых организмах, таких как дыхание, пищеварение, фотосинтез и т.д. различные биомолекулы имеют разные функции, а также имеют разные структуры. Витамины, гормоны, липиды, углеводы, белки, нуклеиновая кислота являются хорошими примерами биомолекул. Белки являются строительными блоками живых клеток. Они представляют собой полимеры аминокислот, которые связаны через пептидные связи.
Аминокислоты представляют собой органические соединения, которые содержат аминогруппу и карбоксильную группу. Обе эти функциональные группы объединяются посредством реакции конденсации и образуют амидную связь, которая также называется пептидной связью. Подобным же образом липиды также являются полимерами жирных кислот и спиртов. Они являются хорошим источником энергии для биохимических реакций. Другим источником энергии для живых организмов являются углеводы. Подобно белкам, они также являются полимерами полигидроксикарбонильных соединений.
Липиды
Липиды разнообразны по структуре и по соотношению входящих в них элементов. Однако все они имеют общее свойство – все они неполярны. Они растворяются в хлороформе и эфирах, но практически нерастворимы в воде. Благодаря этому свойству липиды являются важнейшими компонентами мембран.
Липиды –главная форма хранения энергии в животном организме, хранятся в концентрированном виде (без воды). Любое избыточное количество сахара, не израсходованное сразу , быстро превращается в жир. Существует три группы липидов:
Триглицеролы (или триглицериды) – это молекулы, образованные в результате присоединения трех остатков жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерола.
В этой группе различают жиры и масла. Жиры при комнатной температуре остаются твердыми, а масла сохраняют жидкую консистенцию. В маслах содержится больше ненасыщенных жирных кислот.
Фосфолипиды – сходны с триглицеролами, но в них один или два остатка жирных кислот замещены группами , содержащими фосфор. Фосфолипиды являются важнейшими компонентами биологических мембран.
Стероиды – это липиды, в основе которых лежит основа из четырех колец. У различных стероидов к этому основному скелету присоединяются боковые группы. К стероидам относится ряд гормонов (половые гормоны, кортизон). Стероид холестерол – важный компонент клеточных мембран у животных, но его избыток в организме может привести к образованию желчных камней и к заболеваниям сердечно-сосудистой системы.
Эти мономерные звенья называются моносахаридами. Моносахариды полимеризуются с образованием полимерных углеводов. Они являются наиболее распространенными биомолекулами на Земле и обеспечивают доступную энергию для топливных реакций. Они также обеспечивают структурную поддержку внутри клеточных стенок. Молекулы углеводов также могут связываться с липидами в клеточных мембранах и улучшать комплексные реакции иммунной системы, идентификацию клеток и сигнализацию клеток. Мономерные единицы углеводов, такие как дезоксирибоза и рибоза, являются неотъемлемыми частями нуклеиновой кислоты.
Строение молекулы холестерола
Белки
В состав белка входят углерод, кислород, водород и азот. Некоторые белки содержат еще и серу. Роль мономеров в белках играют аминокислоты.
У каждой аминокислоты имеется карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2).
В белках встречаются 20 обычных видов аминокислот.
Функции белков – ферментативная, строительная (мембраны), энергетическая , двигательная, защитная и регуляторная.
Для белков характерны четыре структуры:
Первичная – полипептид, длинная цепь, содержащая от 100 до 300 аминокислот, образуется за счет пептидных связей.
Вторичная – образуется в результате формирования водородных связей между соседними пептидными связями. При формировании вторичной структуры молекула белка упаковывается либо в левозакрученную спираль, либо в бета-конфигурацию , характерную для белков, выполняющих строительную функцию.
Третичная формируется в результате образования 4-х видов связей: водородных, ионных взаимодействий, образования дисульфидных мостиков и гидрофильно-гидрофобных связей (Ван-Дер-Валя).
Существует глобулярная и фибрилярная третичные структуры. Третичная структура для большинства белков является рабочей, т.к. она энеогетически более выгодна.
Некоторые белки формируют четвертичную структуру – она представляет собой комплексы белков и других органических веществ. Формирующие силы такие же как и у третичной структуры.
Денатурация белка
Это потеря биологической активности белков при разрыве слабых связей , разрушение нативной (природной) структуры белка под действием денатурирующих агентов: высокой температуры, УФО, кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов. Денатурация бывает обратимая (ренатурация) и необратимая.
Четыре структуры белка
Строение, примеры и функции углеводов
Углеводы - органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Функциональность углеводов зависит от химической структуры молекулы. Мономерные единицы углеводов известны как моносахариды. Они имеют одну карбонильную группу либо альдегид, либо кетон с 2-8 гидроксильными группами. Моносахариды объединяются для образования олигосахаридов и полисахаридов, которые являются полимерами углеводов. Углеводы можно классифицировать как моносахарид, олигосахарид и полисахариды. Эта классификация основана на количестве полимерных единиц и также может быть дифференцирована на основе гидролиза.
Как следует из названия, моносахариды представляют собой мономерные единицы углеводов. Так как они являются простейшими единицами, поэтому они не могут гидролизировать дальше. Глюкоза, фруктоза, галактоза - некоторые распространенные примеры моносахаридов. Они имеют одну карбонильную группу с определенным числом гидроксильных групп. Моносахариды могут связываться друг с другом через гликозидную связь, которая образуется между гидроксильной группой одной молекулы и карбонильной группой другой молекулы.
Моносахариды - простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов - легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.
Реакция включает удаление молекулы воды. Олигосахариды представляют собой небольшие полимеры углеводов, которые состоят из 2 или 5 моносахаридных единиц. Например, сахароза состоит из одной единицы глюкозы и одной единицы фруктозы, которые связаны с гликозидной связью.
Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы, тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах
Обычными примерами дисахаридов являются мальтоза и лактоза. Дисахариды обычно растворяются в воде и могут гидролизоваться до соответствующих мономерных единиц. Олигосахариды составляют небольшое количество моносахаридов, которые соединены вместе. Количество моносахаридных звеньев объединяется и образует олигосахарид, определяя название олигосахаридов, таких как два моносахарида, объединяются для образования дисахарида, а комбинация из трех моносахаридных единиц объединяется с образованием трисахарида.
Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.
Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы - над плоскостью.
Короткая цепь моносахаридов, таких как молекулы фруктозы, образует фруктоолигосахариды. Аналогичным образом короткие цепи молекул галактозы известны как галактоолигосахариды. Мономерными единицами углеводов являются полигидроксикарбонильные соединения. Например, дисахарид образуется путем сочетания мономерных единиц. Реакция включает удаление молекулы воды и образование ковалентной связи. Связь между двумя мономерными звеньями известна как гликозидная связь. Гликозидная связь может быть двух типов; альфа или бета-тип.
Фруктоза содержится в меде, спелых сладких фруктах и овощах. Перед усвоением глюкозы, организм должен сначала конвертировать фруктозу в глюкозу
Альфа и бета-гликозидная связь зависит от конформации мономерных звеньев. Например; мальтоза образуется путем конденсации двух кольцеобразных молекул глюкозы. Здесь две альфа-глюкопиранозы связаны вместе с гликозидной связью. Связывание включает в себя устранение молекулы воды, а химическая связь называется альфа-1, 4-гликозидной связью. Аналогичным образом сахароза образуется в результате реакции конденсации молекулы глюкозы и молекулы фруктозы, которые соединены гликозидной связью. Лактоза - еще один пример дисахарида.
Глюкоза - это:
- один из самых распространенных моносахаридов,
- важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
- мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
- необходимый компонент крови.
Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.
Строение молекулы глюкозы линейная форма глюкозы: сносн(он)сн(он)сн(он)сн(он)сн2(он)
Он образуется путем образования гликозидной связи между одной единицей глюкозы и одной галактозной единицей. Давайте обсудим некоторые общие полимеры углеводов. Как следует из названия, полимеры состоят из многих мономерных звеньев, которые связаны через гликозидную связь. Эти полимеры углеводов также называют полисахаридами. Полисахариды представляют собой сложные углеводы. Они действуют как хранилище энергии, а также участвуют в различных структурных единицах живых организмов. Гидролиз полисахаридов высвобождает большое количество энергии, поскольку они образованы большим количеством моносахаридных единиц.
Олигосахариды - углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов - растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .
Крахмал является одним из наиболее распространенных примеров полимеров углеводов. Они действуют как единицы хранения в живых организмах. Гликоген, целлюлоза и хитин - другие примеры полисахаридов. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковые мономерные звенья, но соединение мономерных звеньев различно, что влияет на их биологическую активность обоих полисахаридов. Старт и гликоген являются типичными примерами полимеров углеводов. Глюкоза является мономерной единицей для обоих этих полисахаридов. Глюкоза представляет собой моносахарид, который состоит из углерода, водорода и кислорода.
Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название - сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10–18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).
Липиды разнообразны по структуре и по соотношению входящих в них элементов. Однако все они имеют общее свойство – все они неполярны. Они растворяются в хлороформе и эфирах, но практически нерастворимы в воде. Благодаря этому свойству липиды являются важнейшими компонентами мембран
Структура молекулы глюкозы может быть представлена в виде кольца или открытой цепи. Существуют две основные формы глюкозы; альфа и бета. Крахмал состоит из двух типов мономерных звеньев, которые образуются путем полимеризации глюкозы по-разному. Этими двумя единицами являются амилоза и амилопектин.
Мальтоза, или солодовый сахар , - дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.
Лактоза, или молочный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2–8,5%).
Полисахариды - это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов - не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.
Некоторые из общих примеров полимеров углеводов приведены ниже. Углеводы - это молекулы на основе сахара. Углеводы - это энергетические и структурные молекулы, производимые растениями. Основными сахарами являются глюкоза и фруктоза. Глюкоза - это топливо всех живых существ, обеспечивающих энергию для всех живых клеток, как растений, так и животных. Создание глюкозы начинается с растений с волшебством фотосинтеза. Солнечные фотоны являются исходным источником энергии, используемым хлоропластами листьев для совместного использования атомов углерода, водорода и кислорода вместе с образованием глюкозы.
Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал - основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса - до 86%, пшеницы - до 75%, кукурузы - до 72%, в клубнях картофеля - до 25%. Крахмал - основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент - амилаза).
Основные типы биополимеров
Затем растения используют недавно синтезированную глюкозу для топлива всех своих других синтетических процессов, строя ткани, чтобы животные Фруктоза является первым кузеном глюкозы и встречается во фруктовом и кукурузном сиропе. Комплексные углеводы являются цепями молекул сахара и встречаются во всех растительных продуктах. Крахмал - это полимер или длинная цепочка молекул глюкозы, так же как белок представляет собой длинную цепочку аминокислот. Крахмалосодержащие растения являются универсальными продуктами питания.
Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген - основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание - до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.
Углеводы включают низкокалорийные, низкогликемические овощи, такие как салатные зелени и растительные волокна, которые имеют много преимуществ для здоровья. Человеческое действие является выражением биологической энергии, полученной из пищи. Живые клетки - машины для сжигания глюкозы. Животные используют способность растений производить сахар и другие питательные вещества. Энергия, которая нас поддерживает, запирается в молекулярные связи нескольких основных молекул топлива: глюкозы, фруктозы, жирных кислот и аминокислот.
Энергия высвобождается, когда энергопоставляющие молекулы демонтируются окислением. Пищевая энергия позволяет нам двигаться, делать работу путем сокращения мышц и сохранять тепло. Тепло тела генерируется метаболической активностью каждой клетки. Углеводы и жиры являются основными источниками энергии; аминокислоты могут быть использованы в качестве энергии, когда потребление глюкозы ограничено или использование глюкозы нарушается, как при диабете.
Целлюлоза (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине - до 50%, в волокнах семян хлопчатника - до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.
Некоторые ткани, такие как мышцы, требуют инсулина для поглощения сахара. Другие органы, такие как мозг, не требуют инсулина и являются основными потребителями глюкозы. Печень пытается поддерживать уровень сахара в крови в узком нормальном диапазоне путем поглощения или высвобождения сахара. Печень хранит сахар в виде гликогена и также способна вырабатывать сахар из аминокислот, если пища не дает достаточного сахара. Медленное поглощение сахаров лучше переносится, чем быстрое поглощение большего количества.
Сложные углеводы в овощах являются идеальными источниками сахара. Сахар был обвинен во всех проблемах со здоровьем, часто без оправдания. Многие люди, которые обращаются к нам с проблемами с сахаром, дезинформируются и путаются о роли сахара в организме. Они не могут различать различные виды сахара. Они не узнали, что глюкоза проходит каждую клетку, живущую на планете Земля. Глюкоза, как кислород и вода, необходима для жизни, но слишком много в неправильном месте, в неподходящее время может быть вредным.
Инулин - полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.
Гликолипиды - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.
Гликопротеины - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.
Основной принцип жизни заключается в том, что правильные молекулы должны быть доставлены в нужное место в нужное время. Идея заключается в том, что глюкоза и фруктоза обеспечивают энергию, необходимую организму; сахара сочетаются со всеми другими питательными веществами после идеального плана дозирования. Если использование глюкозы нарушается, как при сахарном диабете, то скорость абсорбции глюкозы становится критической. Небольшие частые дозы часто будут лучше использоваться и избежать высоких пиков сахара в крови.
Строение молекулы холестерола
Глюкоза является ключевой молекулой в живых системах, и жизнь строится вокруг глюкозы и связанных с ней сахаров. Растительные продукты необходимы для жизни животных и составляют основную часть большинства диет. Рис, пшеница, картофель, ямс, маниока и кукуруза являются наиболее важными основными продуктами питания в мире. Овощи с высоким содержанием крахмала имеют корни или клубни, такие как картофель, ямс, репа, зимний сквош, морковь и свекла. Ямс и сладкий Картофель - это высококалорийные корнеплоды.
Функции углеводов