Тема урока: Углеводы.

Цели урока:  отработать умение выделять общие свойства, на основе которых вещества объединяются в класс углеводов; обобщить сведения о зависимости свойств углеводов от их строения; формирование умений сравнивать, обобщать свойства изученных явлений и процессов.

Оборудование: ТСО - компьютер, презентация, карточки с  тестами.

План урока:

I. Проверка знаний (тестирование, рассказ учащихся.)

II. Новая тема:

     Разнообразие углеводов и их свойства (рассказ учителя, заполнение таблицы).

III. Роль углеводов в живой природе.

IV. Информация о домашнем задании. Подведение итогов урока.

Ход урока:

В клетке встречается несколько видов биологических полимеров, важнейшие из них:

- углеводы,

- белки

- нуклеиновые кислоты.

Сегодня на уроке мы изучаем углеводы.

Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % сахара.К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.

Из всех потребляемых человеком пищевых веществ углеводы, несомненно, являются главным источником энергии. В среднем на их долю приходится от 50 до 70% калорийности дневных рационов. Несмотря на то, что человек потребляет значительно больше углеводов, чем жиров и белков, их резервы в организме невелики. Это означает, что снабжение ими организма должно быть регулярным.

Потребности в углеводах в очень большой степени зависят от энергетических трат организма. В среднем у взрослого мужчины, занятого преимущественно умственным или легким физическим трудом, суточная потребность в углеводах колеблется от 300 до 500 г. У работников физического труда и спортсменов она значительно выше. В отличие от белков и в известной степени жиров, количество углеводов в рационах питания без вреда для здоровья может быть существенно снижено. Тем, кто хочет похудеть, стоит обратить на это внимание: углеводы имеют главным образом энергетическую ценность. При окислении 1 г углеводов в организме освобождается 4,0 – 4,2 ккал. Поэтому за их счет легче всего регулировать калорийность питания.

 

Обмен углеводов в организме человека и животных

Ротовая полость (растворение под действием ферментов слюны амилаза)- 12-перстная кишка )ферменты поджелудочной железы)- всасывание в тонком кишечнике  глюкозы в кровь.

Углеводы (сахариды) — общее название обширного класса природных органических соединений. Название происходит от слов «уголь» и «вода». Причиной этого является то, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой C_x(H₂O)_y, формально являясь соединениями углерода и воды. Общую формулу моносахаридов можно написать как С_n(Н₂О)_n. По своей химической природе они представляют собой альдегидоспирты или кетоспирты. В живых организмах наиболее распространены сахара с 5-ю (пентозы) и с 6-ю (гексозы) атомами углерода.

По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на группы:

1. простые (моносахариды)

2. олигосахариды

3. сложные ( полисахариды).

Сложные углеводы, в отличие от простых,  способны гидролизоваться с образованием простых углеводов, мономеров. Простые углеводы легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Кроме небольших молекул, в клетке встречаются и крупные, они являются полимерами. Полимеры – это сложные молекулы, состоящие из отдельных «звеньев», соединенных друг с другом. Такие «звенья» называются мономерами. Такие вещества, как крахмал, целлюлоза и хитин, являются полисахаридами – биологическими полимерами, состоящими из ковалентно соединенных звеньев – моносахаридов.

К моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза, придающие сладость фруктам и ягодам. Пищевой сахар сахароза состоит из ковалентно присоединенных друг к другу глюкозы и фруктозы. Подобные сахарозе соединения называются дисахаридами. Поли-, ди- и моносахариды называют общим термином – углеводы. К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами.

Таблица:   Многообразие углеводов и их свойства.

Группа углеводов	Примеры углеводов	Где встречаются	свойства
моносахара	рибоза	РНК	Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические,
	дезоксирибоза	ДНК
	глюкоза	Свекловичный сахар
	фруктоза	Фрукты, мед
	галактоза	В состав лактозы молока
олигосахариды	мальтоза	Солодовый сахар	Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические,
	сахароза	Тростниковый сахар
	Лактоза	Молочный сахар в молоке
Полисахариды (построены из линейных или разветвленных моносахаров)	крахмал	Растительный запасной углевод	Не сладкие, белого цвета, не растворяются в воде.
	гликоген	Запасной животный крахмал в печени и мышцах
	Клетчатка (целлюлоза)	Это строительный растительный углевод. Древесина растений
	хитин	Это строительный животный углевод. Панцирь и наружный скелет членистоногих, грибы
	муреин	Строительный углевод в стенках бактерий

 

В организме углеводы выполняют ряд важных функций.

1. Энергетическая функция

При распаде и окислении углеводов выделяется энергия, которую организм использует для своих нужд. В среднем при окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 килокалории (17,6 кДж) и 0,4 г воды. Для многих клеток человека (например, клеток мозга и мышц) глюкоза, приносимая кровью, служит главным источником энергии.Крахмал и очень похожее на него вещество животных клеток – гликоген – являются полимерами глюкозы, они служат для запасания ее внутри клетки.

2. Структурная функция, то есть участвуют в построении разных клеточных структур.

Полисахарид целлюлоза образует клеточные стенки растительных клеток, отличающиеся твердостью и жесткостью, она – один из главных компонентов древесины. Другими компонентами являются гемицеллюлоза, также принадлежащая к полисахаридам, и лигнин (он имеет не углеводную природу). Хитин тоже выполняет структурные функции. Хитин выполняет опорную и защитную функции.Клеточные стенки большинства бактерий состоят из пептидогликана муреина – в состав этого соединения входят остатки как моносахаридов, так и аминокислот.

3. Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др.).
4. Углеводы выполняют пластическую функцию — хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК.

Общая формула глюкозы – С₆Н₁₂О₆, это альдегидоспирт. Глюкоза содержится во многих фруктах, соках растений и цветочном нектаре, а также в крови человека и животных. Содержание глюкозы в крови поддерживается на определенном уровне (0,65–1,1 г на л). Если искусственно снизить его, то клетки мозга начинают испытывать острое голодание, которое может закончиться обмороком, комой и даже смертельным исходом. Длительное повышение содержания глюкозы в крови тоже отнюдь не полезно: при этом развивается заболевание сахарный диабет.

Млекопитающие, и человек в том числе, могут синтезировать глюкозу из некоторых аминокислот и продуктов расщепления самой глюкозы – например, молочной кислоты. Они не умеют получать глюкозу из жирных кислот, в отличие от растений и микробов.

Взаимопревращения веществ.

Избыток белка------углеводы

Избыток жиров--------------углеводы

Домашнее задание.

 

Дополнительный материал:

Крахмал – запасное питательное вещество у высших растений и зеленых водорослей (другие группы водорослей используют похожие, но несколько отличающиеся полисахариды). У животных эту функцию выполняет полисахарид гликоген. Он очень похож на крахмал по своему строению, но обладает еще большей разветвленностью – одна точка ветвления приходится на 8–12 глюкозных остатков.

Главные запасы гликогена в организме человека содержатся в печени и мышцах. Запасать углеводы в виде полисахаридов выгоднее, чем накачивать в клетку большое количество глюкозы. Если бы глюкоза запасалась в виде отдельных молекул, то осмотическое давление резко возросло бы, и животная клетка, лишенная жесткой оболочки, просто лопнула бы из-за сильного набухания. Есть и еще одно преимущество крахмала и гликогена: их молекулы не содержат свободных альдегидных групп, которые вредны для клетки.

Целлюлоза – самое распространенное в биосфере органическое соединение. Целлюлоза также является полисахаридом, состоящим из множества остатков глюкозы, однако в отличие от крахмала глюкоза находится в β-форме, а не в α.У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерий-симбионтов, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид.

Полисахаридом является также хитин. Он содержится в наружном скелете различных членистоногих, а также в клеточных стенках грибов.

В организме человека хитин не синтезируется, но, тем не менее, у нас есть фермент, расщепляющий хитин – хитиназа. Возможно, он служит для защиты нашего организма от патогенных грибов с хитиновой клеточной стенкой, а также для разрушения панцирей случайно попавших в легкие насекомых.

У человека тоже есть полисахариды, выполняющие структурную функцию. Например, гиалуроновая кислота, образующая основу межклеточного вещества тканей. Особенно много ее в стекловидном теле глаза и сухожилиях. Гиалуроновая кислота состоит из моносахаридных остатков, находящихся в β-форме. Эти структурные полисахариды находятся в межклеточном веществе, а также в хрящах. Они очень гидрофильны и связывают много воды. Такой набухший полисахарид выдерживает большие механические нагрузки на сжатие. Белок соединительной ткани коллаген хорошо выдерживает нагрузки на растяжение, так что сочетание этих двух биополимеров обеспечивает высокую механическую прочность.

Углеводы часто соединяются с белками, образуя гликопротеины (т. е. белки, с которыми связаны небольшие олигосахаридные цепочки) и протеогликаны (так называют соединения, в которых углеводы составляют не меньше половины общего веса). Углеводы могут соединяться и с липидами, образуя гликолипиды. Разные классы этих веществ имеют различные углеводные остатки. На наружной мембране животных клеток углеводные части гликопротеинов и гликолипидов образуют гликокаликс – своего рода рыхлую углеводную оболочку, окружающую клетку. Гликокаликс может играть защитную роль для клеток пищеварительного тракта: пищеварительные ферменты не проникают через сеть, образованную полисахаридными цепочками, и не повреждают стенки желудка и кишечника.

Интересными гликолипидами мембраны эритроцитов являются так называемые антигены групп крови. Врачи издавна пытались осуществлять переливание крови от человека к человеку, однако результаты этих медицинских экспериментов были обескураживающими: иногда переливание проходило вполне успешно и приносило пользу, а иногда пациент умирал прямо во время проведения процедуры. Разумеется, в те времена понятия не имели об антисептике или дезинфекции, но при неудачном переливании крови смерть наступала слишком быстро, чтобы ее можно было объяснить микробным заражением.

В самом начале ХХ века было обнаружено, что у человека существует 4 различных группы крови: 0 (первая), A (вторая), B (третья) и AB (четвертая). Оказалось, что на поверхности эритроцитов находятся особые молекулы – антигены групп крови. В сыворотке крови имеются белки-антитела, которые могут связываться с антигенами групп крови и вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов. Разумеется, в сыворотке живого человека не может быть антител к его собственным антигенам: иначе бы его эритроциты склеились, и он умер.

У людей с первой группой крови на эритроцитах нет ни антигена А, ни антигена В, (поэтому этот вариант и был обозначен 0), в плазме их крови содержатся антитела к обоим антигенам: А и В. У людей со второй группой на поверхности эритроцитов есть антиген А, а в сыворотке имеются антитела к антигену В. У людей с третьей группой на эритроцитах имеется антиген В, а в сыворотке есть антитела к антигену А. Наконец, у людей с четвертой группой на поверхности эритроцитов содержатся оба антигена – и А, и В, а в их сыворотке не содержится антител к ним.

Кровь первой группы можно переливать людям любой другой группы, их эритроциты не содержат антигенов А или В, антитела не свяжутся с ними, и склеивания (агглютинации) не произойдет. Кровь доноров второй группы можно переливать пациентам со второй и с четвертой группами крови – эритроциты второй группы содержат антиген А, а в сыворотке 2-й и 4-й групп нет антител к нему. А вот если перелить кровь второй группы людям с первой или третьей группами, то антитела к антигену А, содержащиеся в плазме этих людей, станут склеивать эритроциты донора друг с другом, образующийся сгусток закупоривает кровеносный сосуд, и пациент быстро умирает. Кровь от доноров третьей группы (В) можно переливать пациентам с третьей и с четвертой группами, поскольку на эритроцитах третьей группы есть антиген В, а у доноров третьей и четвертой групп нет антител к нему. А вот при попытке перелить эту кровь людям с первой или второй группами крови наступает склеивание эритроцитов и смерть – ведь в их сыворотке содержатся антитела к В. Наконец, кровь четвертой группы (АВ) можно переливать только людям с той же группой – их эритроциты несут оба антигена, и А, и В.

Вскоре биохимики установили, что антигены групп крови АВ0 являются гликолипидами, различающимися всего лишь одним моносахаридным остатком. У людей с первой группой крови этот антиген (форма 0) на один остаток короче, чем у двух других групп. У людей с группой крови А гликолипид содержит на конце дополнительный остаток N-ацетилглюкозамина, а у людей с группой крови В вместо него имеется дополнительная галактоза. Такого небольшого отличия достаточно, чтобы белки-антитела могли специфически связываться только с одной из трех форм.