На уроках биологии в 9 классе углеводы изучают в комплексе с другими органическими веществами. Они представлены в виде соединений карбонильной и нескольких гидроксильных групп. Их содержание в живых клетках разное: у животных, к примеру, около 5%, а у растений — до 70%. Существуют простые (их еще называют моносахаридами) и сложные (ди-, олиго-, полисахариды) углеводы.
Описание простых компонентов
Определение углеводов было предложено в 1844 году химиком К. Шмидтом. Если кратко, простые углеводы представлены в виде многоатомных спиртов. К примеру, формула глюкозы содержит 6 атомов углерода, альдегидную группу и 5 гидроксильных.
Длина цепи простых веществ может содержать от 3 до 10 атомов углерода. С учетом их числа моносахариды классифицируются на следующие подгруппы:
- триозы;
- тетрозы;
- пентозы;
- гексозы и так далее.
Для веществ характерно легкое растворение в воде. В природе чаще всего встречается глюкоза — структурная единица дисахаридов (сахарозы, лактозы) и полисахаридов (целлюлозы, крахмала). Наибольшее биологическое значение имеют пентозы: дезоксирибоза и рибоза, так как они содержатся в ДНК и РНК соответственно.
Сложные вещества
К сложным углеводам относятся дисахариды и полисахариды. При образовании первых компонентов теряется вода, что приводит к формированию поли- и олигосахаридов. Примеры дисахаридов:
- Сахароза (содержится в тростниковом сахаре) представлена в виде соединения глюкозы и фруктозы. Она транспортирует углеводы во флоэме. Дополнительно соединение накапливается как запасное вещество.
- Лактоза (находится в молоке млекопитающих) состоит из галактозы и глюкозы.
- Мальтоза образуется из двух остатков глюкозы. Она образуется в результате расщепления крахмала и гликогена у животных и растений.
Углеводы, которые не растворяются в воде, называются полисахаридами. Для них характерен сладкий привкус. За счет возможности присоединения нескольких гидроксильных остатков к моносахариду наблюдается разветвленная структура (крахмал, целлюлоза).
К примеру, крахмал образуется из остатков глюкозы. Ее основными компонентами являются амилоза и амилопектин. Первое вещество со спиральной структурой легко встраивается в молекулы йода. В молекулах амилозы содержится много глюкозы. Крахмал считается главным запасным веществом у растений.
У грибов и животных резервную функцию выполняет гликоген, для которого характерна большая разветвленность. Накопление гликогена и крахмала осуществляется в клетках в качестве гранул. В научных работах про целлюлозу описываются ее строение и функции.
Молекулы целлюлозы находятся параллельно относительно друг друга, формируя несколько водородных связей. По такой схеме образуются пучки молекул, которые затем объединяются в микрофибриллы (волокно). Подобное строение имеет высокую механическую прочность. Целлюлоза входит в состав растений, являясь основой стенок.
Хитин — компонент, который имеет схожее строение с целлюлозой. В нем содержится производная глюкозы. Хитин образует стенки клеток у грибов, а у членистоногих формирует внешний скелет. У бактерий стенки клеток состоят из муреина.
Функциональные особенности
Функции углеводов в живых организмах разнообразны. Они являются основным источником энергии. При полном расщеплении 1 г углевода выделяется до 17,6 кДж энергии. Ученые доказали, что глюкозе свойственно растворяться в воде, поэтому она легко проникает через мембрану, накапливаясь внутри организма.
При ее избытке образуются полисахариды. Они в твердом виде способны откладываться в цитоплазме. В растениях главным углеводом считается крахмал. При нехватке глюкозы происходит гидролиз крахмала. В животных организмах резервным углеводом считается гликоген. Он имеет разветвленное строение, но, в отличие от жиров, неплохо растворяется в воде.
Углеводы выполняют структурную функцию. Они входят в состав оболочки, которая покрывает растение. К резервным компонентам относятся гликоген и крахмал. Переваривание целлюлозы присуще грибам и бактериям. Внешний скелет насекомых образуется из хитина, представленного в виде полисахарида.
Для углеводов характерна также иммунная функция. Полисахариды состоят из остатков моносахаридов, они могут образовывать белки. Подобные соединения легко распознают личные клетки. Они входят в состав внешней клеточной мембраны. Полисахариды со сложным строением защищают организм от внешних воздействий.
В отдельную группу входят пектины. Они формируют клеточные стенки растений, с их помощью образуются прочные соединения, в структуре которых находятся атомы тяжелых металлов. Подобное свойство используется в медицине с целью вывода из организма свинца и ртути.
Пластическая функция углеводов связана с построением ДНК, АТФ. С их помощью регулируется осмотическое давление, работают рецепторы. При недостатке либо избыточном количестве углеводов нарушаются их функции. Для нормализации работы организма человеку назначается комплексное обследование и адекватное лечение.
На уроках биологии для изучения темы используются подручные материалы, включая схемы и таблицы моносахаридов, конспекты и научные доклады ученых. Для закрепления материала ученики самостоятельно пишут рефераты, выполняют презентации с помощью разных компьютерных программ.
