Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ ТА БІОЛОГІЧНІ МОЛЕКУЛИ

§ 6. ВУГЛЕВОДИ: ВЛАСТИВОСТІ ТА РОЛЬ

Вуглеводи, вуглеводи, із Карбону і води! У всіх мешканців Природи не виходити Ви з моди І без вас, о вуглеводи, як без кисню і води.

Від автора

Основні поняття й ключові терміни: ВУГЛЕВОДИ. Моносахариди. Дисахариди. Полісахариди.

Пригадайте! Що таке малі молекули і макромолекули?

Поміркуйте!

Вуглеводи є невід’ємною хімічною складовою частиною клітин усіх без винятку організмів планети Земля. Але особливо багато цих сполук міститься в рослинних клітинах - близько 80%, в той час, як у тваринних клітинах - лише близько 2 %. На вашу думку, чому?

ЗМІСТ

Які властивості вуглеводів?

Перші досліджені вуглеводи мали солодкий смак, тому їх ще часто називають сахаридами, або цукрами. Це важливий компонент організмів, джерело їхньої енергії та будівельний матеріал.

У живій природі вуглеводи є найпоширенішими за масою органічними сполуками. Їхня загальна формула - Сn2О)m, звідки й вихідна назва вуглеводів (вуглець і вода). Деякі вуглеводи можуть також містити Нітроген (наприклад, хітин), Сульфур (наприклад, пектини), Фосфор тощо. Утворюються вуглеводи у клітинах автотрофних організмів (рослин, ціанобактерій, залізобактерій) з неорганічних сполук в процесі фотосинтезу і хемосинтезу. Гетеротрофні організми (тварини, гриби) утворюють вуглеводи з готових органічних речовин, що надходять з їжею. У живих клітинах з вуглеводів синтезуються амінокислоти, жирні кислоти, вітаміни. Вуглеводи можуть перетворюватися на ліпіди. Отже, без перебільшення, вуглеводи називають основою життя.

Всім відомі такі вуглеводи, як глюкоза й сахароза (іл. 9). Для них характерними є розчинність, здатність до кристалізації та солодкий смак. Але із збільшенням молекулярної маси вуглеводів ці властивості послаблюються і зникають, як-то у крохмалю.

Іл. 9. Найпоширеніші вуглеводи: 1 - моносахарид глюкоза; 2 - дисахарид сахароза; 3 - полісахарид крохмаль

Вуглеводи здатні до безкисневого й кисневого розщеплення, що зумовлює їх провідну роль у забезпеченні усіх клітин енергією. Понад 2/3 енергетичних потреб організму задовольняється внаслідок використання вуглеводів. Продуктами повного розщеплення вуглеводів є СО2 і Н2О.

Отже, ВУГЛЕВОДИ (цукри) - органічні сполуки, до складу яких входять Карбон, Гідроген та Оксиген.

Як класифікують вуглеводи?

Вуглеводи за хімічним складом можуть бути простими і складними. Прості вуглеводи утворені відповідно до загальної формули Сn2О)m. А складні вуглеводи виникають внаслідок взаємодії молекул простих вуглеводів з молекулами ліпідів, білків, сульфатною кислотою тощо (наприклад, гліколіпіди, глікопротеїди). Але найчастіше вуглеводи, залежно від здатності до гідролізу, поділяють на три класи: моно-, оліго- та полісахариди.

Моносахариди (від грец. монос - один) - це група вуглеводів, молекули яких у своєму складі містять від 3 до 10 атомів Карбону. Це найпростіші вуглеводи, вони не зазнають гідролізу. За фізичними властивостями - це білі кристалічні речовини, солодкі на смак (найсолодшою є фруктоза, що в 5 разів солодша за глюкозу), добре розчинні у воді.

У біохімії вуглеводів уже описано більш як 50 різних природних моносахаридів. Найважливіше значення в живій природі мають пентози (молекули містять 5 атомів Карбону) і гексози (6 атомів Карбону). Із пентоз відомі рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнових (ДНК) кислот. У природі найпоширенішими гексозами є глюкоза (виноградний цукор) і фруктоза (фруктовий цукор), від умісту яких залежить солодкий смак ягід, меду.

Олігосахариди (від грец. олігос - малий) - полімерні вуглеводи, в яких декілька залишків моносахаридів з’єднані ковалентними зв’язками. Загальна хімічна формула дисахаридів - С12Н22О11.

Під час нагрівання з водою чи під дією ферментів зазнають гідролізу і розкладаються на дві молекули моносахаридів. Найбільше значення в живій природі мають дисахариди, які утворюються завдяки сполученню двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий цукор - сахароза, молочний цукор - лактоза, солодовий цукор - мальтоза. Дисахариди, як і моносахариди, мають приємний солодкий смак, дещо слабше розчиняються у воді й кристалізуються.

Полісахариди (грец. полі - численний) - полімерні вуглеводи, побудовані з багатьох залишків моносахаридів. Ці сполуки під каталітичним впливом кислот чи ферментів-амілаз зазнають гідролізу з утворенням багатьох моносахаридів.

Найпоширеніші вуглеводи організмів

І. Моносахариди:

А. Пентози: рибоза, дезоксирибоза

Б. Гексози: глюкоза, фруктоза

ІІ. Дисахариди: сахароза, лактоза, мальтоза

ІІІ. Полісахариди: крохмаль, целюлоза, хітин, глікоген

Молекулярна маса деяких полісахаридів може досягати кількох мільйонів. Вони утворюють лінійні (наприклад, целюлоза, або клітковина) та розгалужені (наприклад, глікоген) ланцюги. Полісахариди не кристалізуються, несолодкі на смак, серед них є нерозчинні у воді (наприклад, целюлоза, хітин, крохмаль), деякі здатні утворювати гелі (наприклад, агар, пектини), а окремі - гідрофільні речовини (наприклад, глікоген). Залежно від функцій полісахариди поділяють на структурні, резервні та захисні.

Отже, вуглеводи можуть класифікувати за хімічним складом, здатністю до гідролізу та функціями.

Яка біологічна роль вуглеводів?

Основними функціями вуглеводів у життєдіяльності організмів є структурна (будівельна), енергетична, трофічна, резервна, захисна, рецепторна та регуляторна.

Структурна функція. Полісахариди утворюють покриви членистоногих, клітинні стінки грибів (хітин) (іл. 10), рослин (целюлоза), бактерій (муреїн), мембрани тваринних клітин (гліколіпіди і глікопротеїди). Молекули моносахаридів беруть участь у побудові нуклеотидів РНК і ДНК (рибоза і дезоксирибоза), оліго- й полісахаридів (глюкоза, галактоза).

Енергетична функція. Вуглеводи є основним джерелом енергії для клітин. Під час окиснення 1 г вуглеводів виділяється 17,6 кДж енергії. Це дещо менше, аніж під час розкладу жирів, але розщеплення вуглеводів відбувається швидше.

Резервна функція. Вуглеводи відкладаються про запас і поступово споживаються в процесі обміну: у тварин і грибів (глікоген), у рослин (крохмаль, ламінарин, інулін).

Захисна функція. Вуглеводи використовуються для загоювання і захисту ран в рослин (камеді й слиз), для склеювання часточок їжі в грудочки в складі слини (муцин), як інгібітори зсідання крові (гепарин), для зв’язування й видалення з організму радіонукділів (пектини).

Рецепторна функція. Гліколіпіди й глікопротеїди беруть участь у побудові клітинних мембран і сприйнятті клітиною подразнень, розпізнаванні й міжклітинній взаємодії тощо.

Регуляторна функція. За участю вуглеводів клітинного соку здійснюються осморегуляторні процеси, що підтримують напружений (тургорний) стан рослинних клітин.

Отже, вуглеводи є складовою частиною усіх клітин і забезпечують життєво важливі функції усіх організмів.

Іл. 10. Клітинні стінки грибів і екзоскелет раків містять хітин

ДІЯЛЬНІСТЬ

Кросворд «Вуглеводи»

1. Запасливий полісахарид тварин й грибів.

2. Полісахарид, що утворює екзоскелет комах.

3. Рослинний клей.

4. Буряковий цукор.

5. Виноградний цукор.

6. Солодовий цукор.

7. Гормон, що регулює обмін вуглеводів.

8. Моносахарид, що є складником РНК.

У разі правильного розв’язування кросворда у виділених клітинках ви отримаєте назву хімічних реакцій розкладу речовин за участі води з утворенням нових молекул.

Біологія + Математика

Назви груп моносахаридів утворюють від грецької назви числівника, що відповідає цій кількості з додаванням закінчення -оза (тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози, октози, нанози, декози). Зіставте префікси, запозичені з грецьких кількісних числівників, з арабськими й римськими цифрами.

Пента-

Трі-

Тетра-

Гепта-

Гекса-

Окто-

Дека-

Нона-

Ундека-

Додека-

5

V

СТАВЛЕННЯ

Наведіть приклади харчових продуктів, що містять вуглеводи. Вкажіть їхнє значення та зробіть висновок про необхідність вживання людиною вуглеводних харчових продуктів.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке вуглеводи? 2. Наведіть приклади вуглеводів. 3. Що таке моносахариди, дисахариди, полісахариди? 4. Наведіть приклади і функції моносахаридів. 5. Наведіть приклади і функції дисахаридів. 6. Наведіть приклади і функції полісахаридів.

7 - 9

7. Які особливості будови й властивості вуглеводів? 8. Як класифікують вуглеводи? 9. Яка біологічна роль вуглеводів?

10 - 12

10. Обґрунтуйте необхідність вживання людиною вуглеводних харчових продуктів.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити