Pagrindinis gyvų organizmų energijos šaltinis yra saulės šviesos energija. Fototrofai – augalai ir fotosintetiniai mikroorganizmai – kompleksui sintetinti tiesiogiai naudoja šviesos energiją organinės medžiagos(riebalai, baltymai, angliavandeniai ir kt.), kurie yra antriniai energijos šaltiniai. Heterotrofai, tarp kurių yra ir gyvūnai, naudoja cheminę energiją, išsiskiriančią augalų sintezuojamų organinių medžiagų oksidacijos metu.
Biografija energetiniai procesai gali būti skirstomi į energijos gamybos ir kaupimo procesus bei procesus, kuriuose atliekamas naudingas darbas naudojant sukauptą energiją (1.1 pav.). Fotosintezė yra pagrindinis bioenergetinis procesas Žemėje. Tai sudėtinga daugiapakopė fotofizinių, fotocheminių ir tamsiųjų biocheminių procesų sistema, kurios metu saulės šviesos energija paverčiama cheminėmis arba elektrocheminėmis energijos formomis. Pirmuoju atveju tai yra sudėtingose organinėse molekulėse esanti energija, o antruoju – protonų gradiento energija ant membranų, kuri taip pat paverčiama cheminė forma. Fotosintetiniuose organizmuose saulės šviesos kvantus sugeria chlorofilo molekulės ir perkelia savo elektronus į sužadintą būseną su padidėjusia energija. Būtent dėl sužadintų elektronų energijos chlorofilo molekulėse susidaro fotosintezės fototrofų sistema iš paprastų molekulių. anglies dioksidas vanduo sintetina gliukozę ir kitas organines molekules (aminorūgštis, riebalų rūgštis, nukleotidai ir kt.), iš kurių vėliau organizme kaupiasi angliavandeniai, baltymai, riebalai ir nukleorūgštys. Šių reakcijų produktas taip pat yra molekulinis deguonis.
Pagrindinių fotosintezės reakcijų apibendrinimo lygtis:
6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (gliukozė) + 6 O 2,
Kur hn - fotonų energija.
Pasaulinis fotosintezės vaidmuo yra nepaprastai didelis. Saulės spinduliuotės galia yra apie 10 26 W. Iš jų apie 2 10 17 W pasiekia Žemės paviršių, o iš šios vertės maždaug 4 10 13 W sunaudoja fotosintetiniai organizmai organinių medžiagų sintezei (Samoilov, 2004). Ši energija palaiko gyvybę Žemėje. Dėl jos per metus susintetinama apie 7 510 10 tonų biomasės (skaičiuojant pagal anglį). Tuo pačiu metu apie 4 10 10 tonų anglies fiksuoja fitoplanktonas vandenyne ir 3 510 10 tonų – augalai ir fotosintetiniai mikroorganizmai sausumoje.
Žmonija fotosintezės produktus vartoja maisto pavidalu, valgydama organines medžiagas, kurias pirmiausia gamina augalai arba antruoju augalus maitinančius gyvūnus, ir kuro pavidalu, kurio 90% sunaudojama kaip anksčiau saugomi fotosintezės produktai – nafta ir anglis. (likusią dalį energijos tiekia atominės ir hidroelektrinės).
Fototrofinių organizmų sukaupta energija išgaunama ir vėliau panaudojama mitybos ir kvėpavimo procesuose. Eidamas per virškinamąjį traktą, maistas susmulkinamas, ląstelės sunaikinamos, o biopolimerai (baltymai, nukleino rūgštys, riebalai ir angliavandeniai) suskaidomi į mažos molekulinės masės monomerus (aminorūgštis, nukleotidus, riebalų rūgštis ir cukrų), kurie absorbuojami kraujas žarnyne ir pernešamas po visą kūną. Iš jų ląstelės išgauna vandenilio atomus, pernešančius didelės energijos elektronus, kurių energija iš dalies gali būti sukaupta adenozino trifosfato (ATP) molekulių pavidalu. ATP yra universalus energijos šaltinis, naudojamas kaip baterija, kur ir kada reikia atlikti naudingo darbo.
Angliavandeniai - Pagrindinis šaltinis energijos žmogaus kūne.
Bendroji angliavandenių formulė Сn(H2O)m
Angliavandeniai yra medžiagos, kurių sudėtis yra C m H 2p O p, kurios turi didžiausią biocheminę reikšmę, yra plačiai paplitusios gyvojoje gamtoje ir atlieka svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime. Angliavandeniai yra visų augalų ir gyvūnų organizmų ląstelių ir audinių dalis ir pagal svorį sudaro didžiąją dalį organinių medžiagų Žemėje. Angliavandeniai sudaro apie 80% sausosios medžiagos augaluose ir apie 20% gyvūnų. Augalai angliavandenius sintetina iš neorganinių junginių – anglies dioksido ir vandens (CO 2 ir H 2 O).
Angliavandenių atsargos glikogeno pavidalu žmogaus organizme yra apie 500 g. Didžioji jo dalis (2/3) yra raumenyse, 1/3 – kepenyse. Tarp valgymų glikogenas skyla į gliukozės molekules, kurios sumažina cukraus kiekio kraujyje svyravimus. Be angliavandenių glikogeno atsargos išsenka maždaug per 12-18 valandų. Tokiu atveju suaktyvinamas angliavandenių susidarymo iš tarpinių baltymų apykaitos produktų mechanizmas. Taip yra dėl to, kad angliavandeniai yra gyvybiškai svarbūs energijos formavimuisi audiniuose, ypač smegenyse. Smegenų ląstelės energiją pirmiausia gauna oksiduodamos gliukozę.
Angliavandenių rūšys
Angliavandeniai savaip cheminė struktūra Galima suskirstyti į paprastus angliavandenius (monosacharidus ir disacharidus) ir sudėtinius angliavandenius (polisacharidus).
Paprasti angliavandeniai (cukrus)
Gliukozė yra svarbiausias iš visų monosacharidų, nes yra struktūrinis vienetas dauguma maistinių di- ir polisacharidų. Medžiagų apykaitos proceso metu jie suskaidomi į atskiras monosacharidų molekules, kurios, vykstant daugiapakopiams cheminės reakcijos paverčiamas kitomis medžiagomis ir galiausiai oksiduojamas į anglies dioksidą ir vandenį – naudojamas kaip „kuras“ ląstelėms. Gliukozė yra būtinas angliavandenių apykaitos komponentas. Kai jo kiekis kraujyje sumažėja arba koncentracija yra didelė ir jo negalima vartoti, kaip tai atsitinka sergant cukriniu diabetu, atsiranda mieguistumas ir gali atsirasti sąmonės netekimas (hipoglikeminė koma).
Gliukozės viduje gryna forma", kaip monosacharidas, randamas daržovėse ir vaisiuose. Vynuogėse ypač daug gliukozės - 7,8%, vyšniose, vyšniose - 5,5%, avietėse - 3,9%, braškėse - 2,7%, slyvose - 2,5%, arbūzuose - 2,4%. Iš daržovių daugiausiai gliukozės yra moliūguose – 2,6 proc. baltųjų kopūstų– 2,6%, morkose – 2,5%.
Gliukozė yra mažiau saldi nei garsiausias disacharidas, sacharozė. Jei sacharozės saldumą laikysime 100 vienetų, tai gliukozės saldumas yra 74 vienetai.
Fruktozė yra vienas iš gausiausių angliavandenių vaisiuose. Skirtingai nei gliukozė, ji gali prasiskverbti iš kraujo į audinių ląsteles nedalyvaujant insulinui. Dėl šios priežasties fruktozė rekomenduojama kaip saugiausias angliavandenių šaltinis diabetikams. Dalis fruktozės patenka į kepenų ląsteles, kurios paverčia ją universalesniu „kuru“ – gliukoze, todėl fruktozė taip pat gali padidinti cukraus kiekį kraujyje, nors ir daug mažiau nei kiti paprastieji cukrūs. Fruktozę lengviau paversti riebalais nei gliukozę. Pagrindinis fruktozės privalumas yra tas, kad ji yra 2,5 karto saldesnė už gliukozę ir 1,7 karto saldesnė už sacharozę. Jo naudojimas vietoj cukraus leidžia sumažinti bendrą angliavandenių suvartojimą.
Pagrindiniai fruktozės šaltiniai maiste yra vynuogės – 7,7 %, obuoliai – 5,5 %, kriaušės – 5,2 %, vyšnios – 4,5 %, arbūzai – 4,3 %, juodieji serbentai – 4,2 %, avietės – 3,9 %, braškės – 2,4 %, melionai. – 2,0 proc. Fruktozės kiekis daržovėse mažas – nuo 0,1 % burokėliuose iki 1,6 % baltagūžiuose kopūstuose. Fruktozės yra meduje – apie 3,7%. Patikimai įrodyta, kad fruktozė, kurios saldumas yra žymiai didesnis nei sacharozė, nesukelia dantų ėduonies, kurį skatina cukraus vartojimas.
Galaktozės laisvos formos produktuose nėra. Jis sudaro disacharidą su gliukoze – laktoze (pieno cukrumi) – pagrindiniu pieno ir pieno produktų angliavandeniu.
Laktozė suskaidoma į virškinimo traktoį gliukozę ir galaktozę, veikiant fermentui laktazei. Šio fermento trūkumas kai kuriems žmonėms sukelia pieno netoleravimą. Nesuvirškinta laktozė yra gera maistinė medžiaga žarnyno mikroflora. Tokiu atveju galimas gausus dujų susidarymas, skrandis „išpučia“. Raugintuose pieno produktuose didžioji dalis laktozės fermentuojama iki pieno rūgšties, todėl žmonės, kuriems trūksta laktazės, gali toleruoti raugintus pieno produktus be nemalonių pasekmių. Be to, raugintuose pieno produktuose esančios pieno rūgšties bakterijos slopina žarnyno mikrofloros veiklą ir mažina neigiamą laktozės poveikį.
Galaktozė, susidaranti skaidant laktozę, kepenyse virsta gliukoze. Esant įgimtam fermento, paverčiančio galaktozę į gliukozę, trūkumu arba nebuvimu, išsivysto rimta liga - galaktozemija, dėl kurios atsiranda protinis atsilikimas.
Sacharozė yra disacharidas, sudarytas iš gliukozės ir fruktozės molekulių. Sacharozės kiekis cukruje yra 99,5%. Saldumynai taip pat žino, kad cukrus yra „baltoji mirtis“, kaip ir rūkaliai, kad lašas nikotino užmuša arklį. Deja, abu šie teiginiai dažniau yra priežastis juokauti, o ne rimtai apmąstyti ir daryti praktines išvadas.
Cukrus greitai suskaidomas virškinamajame trakte, gliukozė ir fruktozė absorbuojamos į kraują ir yra energijos šaltinis bei svarbiausias glikogeno ir riebalų pirmtakas. Jis dažnai vadinamas „vežėju“ tuščios kalorijos“, kadangi cukrus yra grynas angliavandenis ir jame nėra kitų maistinių medžiagų, tokių kaip vitaminai, mineralinės druskos. Iš augalinių produktų daugiausia sacharozės yra burokėliuose – 8,6 %, persikuose – 6,0 %, melionuose – 5,9 %, slyvose – 4,8 %, mandarinų – 4,5 %. Daržovėse, išskyrus burokėlius, didelis sacharozės kiekis yra morkose - 3,5%. Kitose daržovėse sacharozės kiekis svyruoja nuo 0,4 iki 0,7%. Be paties cukraus, pagrindiniai sacharozės šaltiniai maiste yra uogienė, medus, konditerijos gaminiai, saldūs gėrimai, ledai.
Kai susijungia dvi gliukozės molekulės, susidaro maltozė – salyklo cukrus. Jame yra medaus, salyklo, alaus, melasos ir duonos bei konditerijos gaminių, pagamintų pridedant melasos.
Sudėtingi angliavandeniai
Visi žmonių maiste esantys polisacharidai, išskyrus retas išimtis, yra gliukozės polimerai.
Krakmolas yra pagrindinis virškinamas polisacharidas. Jis sudaro iki 80% su maistu suvartojamų angliavandenių.
Krakmolo šaltinis yra augaliniai produktai, daugiausia javai: grūdai, miltai, duona, bulvės. Daugiausia krakmolo yra grūduose: nuo 60% grikiuose (branduolyje) iki 70% ryžiuose. Iš grūdų mažiausiai krakmolo randama avižiniai dribsniai ir jo perdirbimo produktai: avižiniai dribsniai, avižiniai dribsniai„Hercules“ – 49 proc. Makaronai turi nuo 62 iki 68% krakmolo, duona, pagaminta iš ruginiai miltai priklausomai nuo veislės – nuo 33% iki 49%, kvietinė duona ir kiti produktai iš Kvietiniai miltai– nuo 35 iki 51 % krakmolo, miltų – nuo 56 (rugių) iki 68 % (aukščiausios kokybės kviečiai). Daug krakmolo yra ir ankštiniuose augaluose – nuo 40 % lęšiuose iki 44 % žirniuose. Dėl šios priežasties džiovinti žirniai, pupelės, lęšiai ir avinžirniai priskiriami ankštiniams augalams. Išsiskiria sojos pupelės, kuriose yra tik 3,5% krakmolo, ir sojų miltai (10-15,5%). Dėl didelio krakmolo kiekio bulvėse (15-18%), dietologijoje jos priskiriamos ne prie daržovių, kur pagrindiniai angliavandeniai yra monosacharidai ir disacharidai, o kaip krakmolingi maisto produktai kartu su javais ir ankštiniais augalais.
Topinambuose ir kai kuriuose kituose augaluose angliavandeniai kaupiami fruktozės polimero – inulino – pavidalu. Maisto produktai su inulino priedu rekomenduojama sergant cukriniu diabetu ir ypač jo profilaktikai (atminkite, kad fruktozė mažiau apkrauna kasą nei kiti cukrūs).
Glikogenas – „gyvulinis krakmolas“ – susideda iš labai išsišakojusių gliukozės molekulių grandinių. Nedideliais kiekiais jo randama gyvūniniuose produktuose (kepenyse 2-10%, raumenų audinyje - 0,3-1%).
Produktai su didelis kiekis angliavandenių
Labiausiai paplitę angliavandeniai yra gliukozė, fruktozė ir sacharozė, kurių yra daržovėse, vaisiuose ir meduje. Laktozė yra pieno dalis. Rafinuotas cukrus yra fruktozės ir gliukozės derinys.
Gliukozė vaidina pagrindinį vaidmenį medžiagų apykaitos procese. Jis aprūpina energija tokius organus kaip smegenys, inkstai ir skatina raudonųjų kraujo kūnelių gamybą.
Žmogaus organizmas nesugeba sukaupti per daug gliukozės, todėl ją reikia reguliariai papildyti. Bet tai nereiškia, kad gliukozę reikia valgyti gryna forma. Daug sveikiau jį vartoti kaip sudėtinių angliavandenių junginių, pavyzdžiui, krakmolo, kurio yra daržovėse, vaisiuose ir grūduose, dalį. Visi šie produktai, be to, yra tikras vitaminų, skaidulų, mikroelementų ir kitų naudingų medžiagų sandėlis, padedantis organizmui kovoti su daugeliu ligų. Polisacharidai turėtų būti dauguma visų į mūsų organizmą patenkančių angliavandenių.
Svarbūs angliavandenių šaltiniai
Pagrindiniai angliavandenių šaltiniai iš maisto yra: duona, bulvės, makaronai, dribsniai, saldumynai. Cukrus yra grynas angliavandenis. Meduje, priklausomai nuo kilmės, yra 70-80% gliukozės ir fruktozės.
Angliavandenių kiekiui maiste nurodyti naudojamas specialus duonos vienetas.
Be to, angliavandenių grupei taip pat priklauso skaidulos ir pektinai, kuriuos žmogaus organizmas blogai virškina.
Angliavandeniai naudojami kaip:
Vaistai,
Bedūmių miltelių (piroksilino) gamybai,
Sprogmenys,
Dirbtinis pluoštas (viskozė).
Celiuliozė turi didelę reikšmę kaip etilo alkoholio gamybos šaltinis.
Santrauka apie ekologiją
Pagrindinis energijos šaltinis, lemiantis Žemės biosferos šilumos balansą ir šiluminį režimą, yra Saulės spinduliavimo energija.
Saulė apšviečia ir šildo Žemę, tiekdama energiją, kurią žalieji augalai naudoja jų gyvybę palaikančių junginių sintezei ir yra vartojami kaip maistas beveik visų kitų organizmų. Be to, saulės energija palaiko būtinų cheminių medžiagų ciklą ir yra varomoji jėga klimato ir meteorologinės sistemos, perskirstančios šilumą ir drėgmę žemės paviršiuje.
Saulės energija į kosmosą išspinduliuojama kaip ultravioletinės, matomos šviesos, infraraudonosios spinduliuotės ir kitų spinduliavimo ar elektromagnetinės energijos formų spektras.
Žemės paviršių daugiausia pasiekia beveik ultravioletinė spinduliuotė. matoma šviesa ir šalia infraraudonoji spinduliuotė. Apie 34% Saulės spinduliuotės energijos, pasiekiančios Žemės paviršių, debesys, dulkės ir kitos atmosferoje esančios medžiagos iš karto atsispindi atgal į kosmosą, taip pat ir pats Žemės paviršius. Didžioji dalis likusių 66 % atitenka atmosferos ir žemės šildymui, garavimui ir vandens ciklui bei paverčiama vėjo energija. Ir tik nedidelę šios energijos dalį (0,5%) sugauna žalieji augalai ir panaudoja fotosintezės procese, kad susidarytų organiniai junginiai, reikalingi organizmų gyvybei palaikyti.
Pagrindinė dalis kenksmingų jonizuojanti radiacija Saulė. Ypač ultravioletinę spinduliuotę sugeria ozono (O3) molekulės viršutiniuose atmosferos sluoksniuose (stratosferoje) ir vandens garai apatinėje atmosferoje. Be šio ekranavimo efekto dauguma šiuolaikinių gyvybės formų Žemėje negalėtų egzistuoti.
Taigi visa gyvybė Žemėje egzistuoja dėl neteršiančios ir beveik amžinos saulės energijos, kurios kiekis yra gana pastovus ir gausus.
Augalai sunaudoja tik 0,5% saulės šviesos, kuri pasiekia Žemę. Net jei žmonės gyventų vien tik saulės energija, jos naudotų dar mažiau. Taigi Žemę pasiekiančios saulės energijos visiškai pakanka bet kokiems įmanomiems žmonijos poreikiams patenkinti. Kadangi visa saulės energija galiausiai virsta šiluma, jos naudojimo ekonominiams poreikiams didinimas neturėtų turėti įtakos biosferos dinamikai. Saulės energija yra absoliučiai švari energija, prieinama neišsenkamais kiekiais ir už pastovią kainą (nemokama). Jo gavimui įtakos neturi politinis embargas ir ekonominiai sunkumai. Kartu ji per daug išsibarsčiusi: kad tarnautų žmonijai, ji turi būti sutelkta, o ši kliūtis yra gana įveikiama.
Kalbant apie energiją, reikia turėti omenyje, kad energija yra gebėjimas atlikti darbą arba šilumos mainus tarp dviejų objektų, kurių temperatūra skiriasi. Energija skiriasi kokybe ar gebėjimu atlikti naudingą darbą. Energijos kokybė yra jos efektyvumo matas. Energija Aukštos kokybės pasižymi dideliu tvarkingumu arba susikaupimu, taigi ir dideliu gebėjimu atlikti naudingą darbą. Tokių energijos formų nešėjų pavyzdžiai yra elektra, anglis, benzinas, koncentruota saulės energija, taip pat aukštos temperatūros šiluma ir kt. Žemos kokybės energija pasižymi netvarka ir žemu gebėjimu atlikti naudingą darbą. Tokios energijos nešiklio pavyzdys yra žemos temperatūros šiluma aplink mus, upėje, ežere ar vandenyne. Pavyzdžiui, bendras šilumos kiekis Atlanto vandenyne gerokai viršija aukštos kokybės energijos kiekį Saudo Arabijos naftos gręžiniuose. Tačiau šiluma vandenyne taip išsisklaidė, kad negalime jos panaudoti.
Kalbėdami apie energiją, turėtume prisiminti du gamtos dėsnius, kuriems paklūsta energija.
Pirmasis termodinamikos dėsnis (energijos tvermės dėsnis): energija neatsiranda ir neišnyksta, ji tik pereina iš vienos formos į kitą. Dėsnis reiškia, kad dėl energijos transformacijų niekada negalima jos gauti daugiau, nei buvo išeikvota: energijos išeiga visada lygi jos įvedimui; Jūs negalite ko nors gauti iš nieko, jūs turite mokėti už viską.
Antrasis termodinamikos dėsnis: Bet kokios energijos transformacijos metu dalis jos prarandama šilumos pavidalu. Ši žemos temperatūros šiluma dažniausiai išsisklaido į aplinką ir negali atlikti naudingo darbo.
Deginant aukštos kokybės benziną cheminė energija Automobilio variklyje apie 1% paverčiama mechanine ir elektros energija, likusieji 99% išsklaido aplinkoje nenaudingos šilumos pavidalu ir galiausiai prarandama kosmose. Kaitrinėje lempoje 5 proc. elektros energija paverčiama naudinga šviesos spinduliuote, o 95% šilumos pavidalu išsklaido aplinkoje. Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį, energija niekada negali būti išnaudota, nes jos negalima nei sukurti, nei sunaikinti. Bet pagal antrąjį termodinamikos dėsnį bendras koncentruotos, kokybiškos energijos kiekis, kurį galime gauti iš visų šaltinių, nuolat mažėja, virsta nekokybiška energija. Mes ne tik negalime kažko iš nieko gauti, bet ir negalime sutrikdyti energijos kokybės derinimo.
Didžioji dalis saulės spinduliuotės, kurios neatspindi žemės paviršius, pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, paverčiama žematemperatūra šiluminė energija(„tolimojo“ IR diapazono spinduliavimas) ir spinduliuojamas atgal į kosmosą; Energijos, grąžinamos į erdvę šilumos pavidalu, kiekis priklauso nuo vandens molekulių, anglies dioksido, metano, azoto oksido, ozono ir kai kurių kietųjų dalelių formų atmosferoje. Šios medžiagos, veikdamos kaip selektyvus filtras, leidžia kai kurioms aukštos kokybės saulės spindulių energijos formoms prasiskverbti per atmosferą į Žemės paviršių ir kartu sulaikyti bei sugerti (ir iš naujo spinduliuoti) dalį atsirandantis žemos kokybės šiluminės spinduliuotės srautas iš Žemės.
Vienas iš svarbiausios savybės termodinaminės sistemos būsena entropija (transformacija – <греч.>) - į sistemą įnešamos arba iš jos pašalinamos šilumos kiekio santykis su termodinamine temperatūra: dS = dQ/T . Galima teigti, kad entropija apibūdina energijos kiekį sistemoje, kuri nėra prieinama darbui, t.y., negalima naudoti. Sistema turi mažą entropiją, jei ji nuolat išsklaido sutvarkytą energiją ir paverčia ją kita, mažiau tvarkinga forma, pavyzdžiui, šviesos ar maisto energiją paverčia šilumine energija. Todėl entropija dažnai apibrėžiama kaip sistemos sutrikimo matas. Svarbiausia organizmų savybė yra jų gebėjimas sukurti ir palaikyti aukštą vidinės tvarkos laipsnį, t.y., žemos entropijos būseną.
Bet koks įkaitęs kūnas, taip pat ir gyvas, skirs šilumą tol, kol jo temperatūra bus lygi aplinkos temperatūrai. Galiausiai bet kurio kūno energija gali būti išsklaidyta šiluminėje formoje, po kurios atsiranda termodinaminės pusiausvyros būsena ir bet kokie energijos procesai tampa neįmanomi, ty sistema pasiekia maksimalios entropijos arba minimalios tvarkos būseną.
Kad kūno entropija nepadidėtų dėl nuolatinio energijos išsklaidymo jai transformuojantis iš formų su aukštas laipsnis tvarka (pavyzdžiui, cheminė maisto energija) į šiluminę formą su minimalus laipsnis tvarkingumą, organizmas turi nuolat kaupti sutvarkytą energiją iš išorės, t.y., tarsi išgaudamas „tvarkingumą“ arba neigiamą entropiją iš išorės.
Gyvi organizmai išgauna neigiamą entropiją iš maisto, naudodami jo cheminės energijos tvarkingumą. Tam, kad ekologinės sistemos ir visa biosfera turėtų galimybę išgauti iš aplinkos neigiamą entropiją, būtina energetikos subsidija, kuri realiai gaunama nemokamos saulės energijos pavidalu. Augalai autotrofinės mitybos procese - fotosintezės metu sukuria organines medžiagas padidintas lygis jo cheminių ryšių tvarkingumas, dėl kurio sumažėja entropija. Žolėdžiai valgo augalus, kuriuos savo ruožtu minta plėšrūnai ir kt.
Kita pagrindinė klasė cheminiai junginiai mūsų kūnas - angliavandenių. Angliavandeniai mums visiems gerai žinomi paprasto stalo cukraus pavidalu (chemiškai tai yra sacharozės) arba krakmolo.
Angliavandeniai skirstomi į paprastus ir sudėtingus. Iš paprasti angliavandeniai(monosacharidai) yra labai svarbūs žmonėms gliukozė, fruktozė ir galaktozė.
Sudėtingi angliavandeniai apima oligosacharidai(disacharidai: sacharozė, laktozė ir kt.) ir į cukrų nepanašūs angliavandeniai – polisacharidai(krakmolo, glikogeno, skaidulų ir kt.).
Monosacharidai ir polisacharidai skiriasi savo fiziologiniu poveikiu organizmui. Naudokite į dieta Lengvai virškinamų mono- ir disacharidų perteklius prisideda prie greito cukraus kiekio kraujyje padidėjimo, o tai gali turėti neigiamos įtakos pacientams, sergantiems cukriniu diabetu (DM) ir nutukusiems.
Polisacharidai skaidosi daug lėčiau plonoji žarna. Todėl cukraus koncentracija kraujyje didėja palaipsniui. Šiuo atžvilgiu naudingiau vartoti maistą, kuriame gausu krakmolo (duona, grūdai, bulvės, makaronai).
Kartu su krakmolu į organizmą patenka vitaminai, mineralai, nevirškinamos maistinės skaidulos. Pastarieji apima pluoštą ir pektiną.
Celiuliozė(celiuliozė) turi teigiamą reguliuojantį poveikį žarnyno ir tulžies takų veiklai, apsaugo nuo maisto stagnacijos virškinimo trakte, skatina cholesterolio šalinimą. Maistas, kuriame gausu skaidulų, yra kopūstai, burokėliai, pupelės, ruginiai miltai ir kt.
Pektino medžiagos yra vaisių minkštime, lapuose ir žaliose stiebų dalyse. Jie geba adsorbuoti įvairius toksinus (taip pat ir sunkiuosius metalus). Daug pektinų yra marmeladuose, marmeladuose, uogienėse, zefyre, tačiau daugiausiai šių medžiagų yra moliūgų minkštime, kuriame taip pat gausu karotino (vitamino A pirmtako).
Dauguma angliavandenių žmogaus organizmui yra greitai virškinamas energijos šaltinis. Tačiau angliavandeniai nėra absoliučiai būtinos maistinės medžiagos. Kai kurie iš jų, pavyzdžiui, svarbiausias mūsų ląstelių kuras – gliukozė, gali būti gana nesunkiai susintetinami iš kitų cheminių junginių, ypač iš aminorūgščių ar lipidų.
Tačiau negalima nuvertinti angliavandenių vaidmens. Faktas yra tas, kad jie ne tik gali greitai sudegti kūne ir aprūpinti jį pakankamas kiekis energijos, bet ir saugomi rezerve formoje glikogeno- medžiaga, labai panaši į gerai žinomą augalinį krakmolą. Mūsų pagrindinės glikogeno atsargos yra sutelktos kepenyse arba raumenyse. Jei organizmo energijos poreikiai padidėja, pavyzdžiui, su reikšmingais fizinė veikla, tuomet lengvai mobilizuojamos glikogeno atsargos, glikogenas paverčiamas gliukoze, kurią mūsų organizmo ląstelės ir audiniai jau naudoja kaip energijos nešiklį.
Paprastų angliavandenių pavojus!
Prie tokių išvadų priėjo Jeruzalės (Izraelis) ir Jeilio (JAV) universitetų mokslininkai, atlikę daugybę eksperimentų.
Melanoplus femurrubrum rūšies žiogai buvo patalpinti į du narvus, o į vieną iš jų paleisti ir vorai Pisaurina mira – jų natūralūs priešai. Tikslas buvo tik išgąsdinti amūras, kad būtų galima atsekti jų reakciją į plėšrūnus, todėl vorai buvo aprūpinti „snukiais“, suklijuojant apatinius žandikaulius. Žiogai patyrė stiprų stresą, dėl kurio jų organizme labai suaktyvėjo medžiagų apykaita ir atsirado „žiaurus“ apetitas – panašus į žmones, kurie nerimaujant valgo daug saldumynų. Žiogai prarijo trumpalaikis didelis kiekis angliavandenių, kurių angliavandenilius organizmas puikiai pasisavina.
Be to, paaiškėja, kad permaitinti amūrai po mirties gali pakenkti ekosistemai. Mokslininkai tai atrado padėdami savo kūnų liekanas į dirvožemio mėginius, kuriuose įvyko humuso procesas. Laboratorinėmis sąlygomis dirvožemio mikrobų aktyvumas sumažėjo 62%, o lauko sąlygomis – 19%, parodė tyrimas.
Eksperimento rezultatams patikrinti mokslininkai sukūrė cheminį modelį „realiu laiku“, tikrų amūrų skeletus pakeisdami organiniais „lėliukais“, susidedančiais, kaip ir natūralūs prototipai, iš angliavandenių, baltymų ir chitino skirtingomis proporcijomis. Eksperimentų rezultatai parodė, kad kuo didesnis azoto (esančio baltymuose) procentas amūrų liekanose, tuo geresni organinių medžiagų irimo procesai dirvose.
Ekologiški angliavandeniai
Angliavandeniai
Organiniai junginiai sudaro vidutiniškai 20-30% gyvo organizmo ląstelių masės. Tai biologiniai polimerai: baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, taip pat riebalai ir daugybė mažų molekulių – hormonai, pigmentai, ATP ir kt. Skirtingų tipų ląstelėse yra nevienodo kiekio organinių junginių. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai-polisacharidai, o gyvūnų ląstelėse daugiau baltymų ir riebalų. Tačiau kiekviena iš organinių medžiagų grupių bet kokio tipo ląstelėje atlieka panašias funkcijas: teikia energiją ir yra statybinė medžiaga.
1. TRUMPA INFORMACIJA APIE ANGLIAVANDENIUS
Angliavandeniai - organiniai junginiai sudarytas iš vienos ar kelių molekulių paprasti cukrūs. Molinė masė angliavandenių svyruoja nuo 100 iki 1 000 000 Da (Daltono masė, maždaug lygi vieno vandenilio atomo masei). Jų bendroji formulė paprastai rašoma Cn(H2O)n (kur n yra bent trys). Pirmą kartą 1844 m. šį terminą įvedė šalies mokslininkas K. Schmidas (1822-1894).
Pavadinimas „angliavandeniai“ atsirado analizuojant pirmuosius žinomus šios junginių grupės atstovus. Paaiškėjo, kad šios medžiagos susideda iš anglies, vandenilio ir deguonies, o vandenilio ir deguonies atomų skaičiaus santykis jose yra toks pat kaip ir vandenyje: dviem vandenilio atomams – vienas deguonies atomas. Taigi jie buvo laikomi anglies ir vandens junginiu. Vėliau tapo žinoma daug angliavandenių, kurie neatitiko šios sąlygos, tačiau pavadinimas „angliavandeniai“ vis dar yra visuotinai priimtas. Gyvūnų ląstelėje angliavandenių randama ne daugiau kaip 2-5%. Augalų ląstelės yra turtingiausios angliavandenių, kur jų kiekis kai kuriais atvejais siekia 90% sausos masės (pavyzdžiui, bulvių gumbuose, sėklose).
2. ANGLIAVANDENIŲ KLASIFIKACIJA
Yra trys angliavandenių grupės: monosacharidai arba paprastieji cukrūs (gliukozė, fruktozė); oligosacharidai – junginiai, susidedantys iš 2-10 nuosekliai sujungtų paprastųjų cukrų (sacharozės, maltozės) molekulių; polisacharidai, įskaitant daugiau nei 10 cukraus molekulių (krakmolo, celiuliozės).
3. MONO- IR DISACACARIDŲ ORGANIZACIJOS STRUKTŪRINĖS IR FUNKCINĖS YPATUMAI: STRUKTŪRA; BŪTI GAMTOJE; KVITAS. ATSKIRŲ ATSTOVŲ CHARAKTERISTIKA
Monosacharidai yra ketonų arba aldehidų dariniai polihidroksiliai alkoholiai. Jas sudarančių anglies, vandenilio ir deguonies atomų santykis yra 1:2:1. Bendroji paprastųjų cukrų formulė yra (CH2O)n. Priklausomai nuo anglies skeleto ilgio (anglies atomų skaičiaus), jie skirstomi į: triozes-C3, tetrozes-C4, pentozes-C5, heksozes-C6 ir tt Be to, cukrus skirstomas į:
Aldozės, turinčios aldehido grupę, yra C=O. Tai apima | N gliukozė:
H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH
Ketozės, turinčios ketonų grupę, yra C-. Pavyzdžiui, || reiškia fruktozę.
Tirpaluose visi cukrūs, pradedant pentoze, turi ciklinę formą; tiesine forma yra tik triozės ir tetrozės. Susidarius ciklinei formai, aldehido grupės deguonies atomas kovalentiniu ryšiu susijungia su priešpaskutiniu grandinės anglies atomu, todėl susidaro pusacetaliai (aldozės atveju) ir hemiketaliai (ketozių atveju). ).
MONOSACHARIDŲ SAVYBĖS, RINKTINIAI ATSTOVAI
Iš tetrozių eritrozė yra svarbiausia medžiagų apykaitos procesuose. Šis cukrus yra vienas iš tarpinių fotosintezės produktų. Pentozės natūraliomis sąlygomis randamos daugiausia kaip sudėtingesnių medžiagų molekulių komponentai, pavyzdžiui, sudėtingi polisacharidai, vadinami pentozanais, taip pat augalų dervos. Pentozės dideli kiekiai (10-15%) randami medienoje ir šiauduose. Arabinozė daugiausia randama gamtoje. Jo yra vyšnių klijuose, burokėliuose ir guma arabike, iš kur jis gaunamas. Ribozė ir dezoksiribozė yra plačiai paplitusios gyvūnų ir augalų pasaulyje. Ribozė gaunama epimerizuojant arabinozę.
Ksilozė susidaro hidrolizuojant ksilozano polisacharidą, esantį šiauduose, sėlenose, medienoje ir saulėgrąžų lukštuose. Produktai įvairių tipų Ksilozės fermentacijos agentai yra pieno, acto, citrinų, gintaro ir kitos rūgštys. Ksilozę žmogaus organizmas pasisavina prastai. Hidrolizatai, kurių sudėtyje yra ksilozės, naudojami tam tikrų rūšių mielėms auginti, jie naudojami kaip baltymų šaltinis ūkio gyvūnams šerti. Kai ksilozė redukuojama, gaunamas ksilitolis, jis naudojamas kaip cukraus pakaitalas diabetikams. Ksilitolis plačiai naudojamas kaip drėgmės stabilizatorius ir plastifikatorius (popieriaus pramonėje, parfumerijoje ir celofano gamyboje). Tai vienas iš pagrindinių komponentų gaminant daugybę paviršinio aktyvumo medžiagų, lakų ir klijų.
Dažniausios heksozės yra gliukozė, fruktozė, galaktozė ir jų bendroji formulė- C6H12O6.
Gliukozės (vynuogių cukraus, dekstrozės) randama vynuogių ir kitų saldžių vaisių sultyse bei nedideliais kiekiais gyvūnams ir žmonėms. Gliukozė yra dalis svarbiausių disacharidų – cukranendrių ir vynuogių cukraus. Didelės molekulinės masės polisacharidai, t. y. krakmolas, glikogenas (gyvulinis krakmolas) ir skaidulos, yra sudaryti iš viena su kita sujungtų gliukozės molekulių liekanų. Skirtingi keliai. Gliukozė yra pagrindinis ląstelių energijos šaltinis.
Žmogaus kraujyje yra 0,1-0,12% gliukozės kiekio sumažėjimas sukelia nervų ir raumenų ląstelių veikimo sutrikimus, kartais kartu su traukuliais arba apalpimas. Gliukozės kiekis kraujyje reguliuojamas sudėtingas mechanizmas dirbti nervų sistema ir liaukos vidinė sekrecija. Vienas iš masyvių sunkiųjų endokrininės ligos - diabetas- susijęs su kasos salelių zonų hipofunkcija. Lydimas reikšmingas sumažinimas raumenų ir riebalų ląstelių membranos pralaidumas gliukozei, dėl kurio padidėja gliukozės kiekis kraujyje ir šlapime.
Gliukozė medicinos reikmėms gaunama gryninant – perkristalizuojant – techninę gliukozę iš vandeninio arba vandeniniai-alkoholiniai tirpalai. Gliukozė naudojama tekstilės gamyboje ir kai kuriose kitose pramonės šakose kaip reduktorius. Medicinoje gryna gliukozė naudojama injekcinių tirpalų pavidalu į kraują nuo daugelio ligų ir tablečių pavidalu. Iš jo gaunamas vitaminas C.
Galaktozė kartu su gliukoze yra kai kurių glikozidų ir polisacharidų dalis. Galaktozės molekulių liekanos yra sudėtingiausių biopolimerų – gangliozidų arba glikosfingolipidų – dalis. Jie randami nerviniai mazgaižmonių ir gyvūnų ganglijai, taip pat yra smegenų audinyje, blužnyje – raudonuosiuose kraujo kūneliuose. Galaktozė daugiausia gaunama hidrolizės būdu pieno cukrui.
Fruktozė (vaisių cukrus) laisvoje būsenoje yra vaisiuose ir meduje. Tai yra daugelio sudėtingų cukrų, tokių kaip cukranendrių cukrus, komponentas, iš kurio jį galima gauti hidrolizės būdu. Kai kuriuose augaluose randamas inulinas, sudėtingos konstrukcijos didelės molekulinės masės polisacharidas. Fruktozė taip pat gaunama iš inulino. Fruktozė yra vertingas maisto cukrus; jis yra 1,5 karto saldesnis už sacharozę ir 3 kartus saldesnis už gliukozę. Jį organizmas gerai pasisavina. Sumažėjus fruktozės kiekiui, susidaro sorbitolis ir manitolis. Sorbitolis vartojamas kaip cukraus pakaitalas sergančiųjų diabetu mityboje; be to, jis naudojamas gamybai askorbo rūgštis(vitamino C). Oksiduota fruktozė gamina vyno ir oksalo rūgštis.
Disacharidai yra tipiški į cukrų panašūs polisacharidai. Tai kietosios medžiagos, arba nesikristalizuojantys sirupai, gerai tirpūs vandenyje. Tiek amorfiniai, tiek kristaliniai disacharidai paprastai tirpsta tam tikrame temperatūros intervale ir, kaip taisyklė, irdami. Disacharidai susidaro vykstant kondensacijos reakcijai tarp dviejų monosacharidų, dažniausiai heksozių. Ryšys tarp dviejų monosacharidų vadinamas glikozidiniu ryšiu. Paprastai jis susidaro tarp pirmojo ir ketvirtojo gretimų monosacharido vienetų anglies atomų (1,4-glikozidinė jungtis). Šis procesas gali būti kartojamas daugybę kartų, todėl susidaro milžiniškos polisacharidų molekulės. Kai monosacharidų vienetai susijungia vienas su kitu, jie vadinami likučiais. Taigi maltozė susideda iš dviejų gliukozės likučių.
Iš disacharidų labiausiai paplitusi maltozė (gliukozė + gliukozė), laktozė (gliukozė + galaktozė) ir sacharozė (gliukozė + fruktozė).
ATRINKTI DISACHARIDŲ ATSTOVAI
Maltozės (salyklo cukraus) formulė yra C12H22O11. Pavadinimas atsirado dėl maltozės gamybos metodo: ji gaunama iš krakmolo, veikiant salyklui (lot. maltum – salyklas). Dėl hidrolizės maltozė suskaidoma į dvi gliukozės molekules:
С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6
Salyklo cukrus yra tarpinis krakmolo hidrolizės produktas, plačiai paplitęs augalų ir gyvūnų organizmuose. Salyklo cukrus yra žymiai mažiau saldus nei cukranendrių cukrus (0,6 karto tos pačios koncentracijos).
Laktozė (pieno cukrus). Šio disacharido pavadinimas atsirado dėl jo gamybos iš pieno (iš lotynų kalbos lactum - pienas). Hidrolizės metu laktozė suskaidoma į gliukozę ir galaktozę:
Laktozė gaunama iš pieno: karvės piene yra 4-5,5%, motinos piene - 5,5-8,4%. Laktozė nuo kitų cukrų skiriasi tuo, kad nėra higroskopiška: nesudrėkina. Pieno cukrus naudojamas kaip farmacinis vaistas ir kūdikių mityba. Laktozė yra 4 ar 5 kartus mažiau saldi nei sacharozė.
Sacharozė (cukranendrių arba runkelių cukrus). Pavadinimas atsirado dėl jo išgavimo iš cukrinių runkelių arba cukranendrių. Cukranendrių cukrus buvo žinomas daugelį amžių prieš Kristų. Tik XVIII amžiaus viduryje. šio disacharido buvo rasta cukriniuose runkeliuose ir tik pradžios XIX V. jis buvo gautas gamybos sąlygomis. Sacharozė yra labai paplitusi augalų pasaulyje. Lapuose ir sėklose visada yra nedidelis kiekis sacharozės. Jo taip pat yra vaisiuose (abrikosuose, persikuose, kriaušėse, ananasuose). Daug jo yra klevų ir palmių sultyse, kukurūzuose. Tai garsiausias ir plačiausiai naudojamas cukrus. Hidrolizės metu iš jo susidaro gliukozė ir fruktozė:
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6
Vienodų kiekių gliukozės ir fruktozės mišinys, susidarantis dėl cukranendrių cukraus inversijos (dėl hidrolizės proceso pasikeitimo nuo tirpalo sukimosi dešinėje į kairę), vadinamas invertuotu cukrumi (sukimosi inversija). Natūralus invertuotas cukrus yra medus, kurį daugiausia sudaro gliukozė ir fruktozė.
Sacharozė gaunama iš didžiuliais kiekiais. Cukriniuose runkeliuose sacharozės yra 16-20%, cukranendrių - 14-26%. Nuplauti burokėliai susmulkinami ir sacharozė pakartotinai ekstrahuojama mašinose su maždaug 80 laipsnių temperatūros vandeniu. Gautas skystis, kuriame, be sacharozės, yra daug įvairių priemaišų, apdorojamas kalkėmis. Kalkės nusodina daugybę organinių rūgščių, taip pat baltymų ir kai kurių kitų medžiagų kalcio druskų pavidalu. Dalis kalkių su cukranendrių cukrumi sudaro šaltame vandenyje tirpius kalcio sacharatus, kurie sunaikinami apdorojant anglies dioksidu.
Kalcio karbonato nuosėdos atskiriamos filtruojant, o filtratas, papildomai išvalius, garinamas vakuume, kol gaunama pastos pavidalo masė. Išsiskyrę sacharozės kristalai atskiriami naudojant centrifugas. Taip gaunamas žalias granuliuotas cukrus, kuris yra gelsvos spalvos, rusvos spalvos motininis tirpalas ir nesikristalizuojantis sirupas (burokėlių melasa, arba melasa). Granuliuotas cukrus išvalomas (rafinuojamas) ir gaunamas gatavas produktas.
4. BIOLOGINIS BIOPOLIMERŲ VAIDMUO – POLISACHARIDAI
Polisacharidai yra didelės molekulinės masės (iki 1 000 000 Da) polimerų junginiai, susidedantys iš didelis skaičius monomerai – cukrūs, jų bendroji formulė Cx(H2O)y. Dažniausias polisacharidų monomeras yra manozė, taip pat randama galaktozė ir kiti cukrūs. Polisacharidai skirstomi į:
- homopolisacharidai, sudaryti iš to paties tipo monosacharidų molekulių (pavyzdžiui, krakmolas ir celiuliozė susideda tik iš gliukozės);
- heteropolisacharidai, kuriuose gali būti keli skirtingi cukrūs kaip monomerai (heparinas).
Jei polisacharide yra tik 1,4= glikozidiniai ryšiai, gauname linijinį, nešakotąjį polimerą (celiuliozę); jei yra ir 1,4=, ir 1,6= jungtys, polimeras bus šakotas (glikogenas). Svarbiausi polisacharidai yra: celiuliozė, krakmolas, glikogenas, chitinas.
Celiuliozė arba pluoštas (iš lotynų kalbos cellula – ląstelė) yra pagrindinis ląstelės sienelės komponentas augalų ląstelės. Tai linijinis polisacharidas, susidedantis iš gliukozės, sujungtos 1,4= jungtimis. Pluoštas sudaro 50–70% medienos. Medvilnė yra beveik grynas pluoštas. Linų ir kanapių pluoštą daugiausia sudaro pluoštas. Gryniausi pluošto pavyzdžiai yra išgryninta vata ir filtravimo popierius.
Krakmolas yra šakotas polisacharidas augalinės kilmės, susidedantis iš gliukozės. Polisachariduose gliukozės likučiai yra sujungti 1,4= ir 1,6= glikozidinėmis jungtimis. Kai jie suskaidomi, augalai gauna gliukozės, kuri yra būtina jų gyvenimo procese. Krakmolas susidaro fotosintezės metu žaliuose lapuose grūdelių pavidalu. Šiuos grūdus ypač lengva aptikti mikroskopu, naudojant kalkių reakciją su jodu: krakmolo grūdeliai pasidaro mėlyni arba melsvai juodi.
Iš krakmolo grūdelių kaupimosi galima spręsti apie fotosintezės intensyvumą. Lapuose esantis krakmolas suskaidomas į monosacharidus arba oligosacharidus ir pernešamas į kitas augalo dalis, pavyzdžiui, bulvių gumbus ar javų grūdus. Čia vėl vyksta krakmolo nusėdimas grūdų pavidalu. Aukščiausias turinys krakmolas šiose kultūrose:
Ryžiai (grūdiniai) - 62-82%;
- kukurūzai (grūdai) - 65-75%;
- kviečiai (grūdai) - 57-75%;
- bulvės (stiebagumbiai) - 12-24%.
Tekstilės pramonėje krakmolas naudojamas dažų tirštikliui gaminti. Jis naudojamas degtukų, popieriaus, poligrafijos ir knygų įrišimo pramonėje. Medicinoje ir farmakologijoje krakmolas naudojamas milteliams, pastoms (tirpiems tepalams) ruošti, būtinas ir tablečių gamyboje. Hidrolizuojant krakmolą rūgštimi, gliukozę galima gauti gryno kristalinio preparato arba melasos – spalvoto, nekristalizuojančio sirupo – pavidalu.
Nustatyta modifikuotų krakmolų, kurie buvo specialiai apdoroti arba kurių sudėtyje yra jų savybes gerinančių priedų, gamyba. Modifikuotas krakmolas yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose.
Glikogenas yra gyvulinės kilmės polisacharidas, labiau šakotas nei krakmolas, susidedantis iš gliukozės. Jis atlieka nepaprastai svarbų vaidmenį gyvūnų organizmuose kaip rezervinis polisacharidas: visų pirma visuose gyvybės procesuose raumenų darbas, lydi glikogeno skaidymas, išskirdamas jame susikaupusią energiją. Kūno audiniuose pieno rūgštis gali susidaryti iš glikogeno dėl daugybės sudėtingų transformacijų.
Glikogeno yra visuose gyvūnų audiniuose. Ypač daug jo yra kepenyse (iki 20 proc.) ir raumenyse (iki 4 proc.). Jo taip pat yra kai kuriuose žemesniuose augaluose, mielėse ir grybuose, galima išskirti gyvūnų audinius apdorojant 5-10 % trichloracto rūgštimi, o po to ekstrahuotą glikogeną nusodinant alkoholiu. Glikogeno tirpalai su jodu suteikia spalvą nuo vyno raudonos iki raudonai rudos, priklausomai nuo glikogeno kilmės, gyvūno tipo ir kitų sąlygų. Jodo spalva dingsta verdant ir vėl atsiranda atvėsus.
Chitinas savo struktūra ir funkcijomis labai artimas celiuliozei – jis taip pat yra struktūrinis polisacharidas. Chitino randama kai kuriuose grybuose, kur dėl skaidulinės struktūros vaidina pagalbinį vaidmenį ląstelių sienelėse, taip pat kai kuriose gyvūnų grupėse (ypač nariuotakojų). svarbus komponentas jų egzoskeletas. Chitino struktūra panaši į celiuliozės struktūrą, jo ilgos lygiagrečios grandinės taip pat surenkamos į ryšulius.
5. CHEMINĖS ANGLIAVANDENIŲ SAVYBĖS
Visi monosacharidai ir kai kurie disacharidai, įskaitant maltozę ir laktozę, priklauso redukuojančių cukrų grupei. Sacharozė yra neredukuojantis cukrus. Cukrų redukcinis gebėjimas aldozėse priklauso nuo aldehidų grupės aktyvumo, o ketozėse - nuo keto grupės ir pirminių alkoholio grupių aktyvumo. Neredukuojančiuose cukruose šios grupės negali dalyvauti jokių reakcijų, nes čia jos dalyvauja formuojant glikozidinį ryšį. Dvi įprastos cukrų redukavimo reakcijos – Benedikto reakcija ir Fehlingo reakcija – yra pagrįstos šių cukrų gebėjimu redukuoti dvivalentį vario joną iki vienvalenčio. Abiejose reakcijose naudojamas šarminis vario (2) sulfato (CuSO4) tirpalas, kuris redukuojamas iki netirpaus vario (1) oksido (Cu2O). Joninė lygtis: Cu2+ + e = Cu+ duoda mėlyną tirpalą, plytų raudonumo nuosėdas. Visi polisacharidai yra neredukuojantys.
IŠVADA
Pagrindinis angliavandenių vaidmuo yra susijęs su jų energetine funkcija. Jų fermentinis skaidymas ir oksidacija išskiria energiją, kurią naudoja ląstelė. Polisacharidai daugiausia atlieka saugojimo produktų ir lengvai mobilizuojamų energijos šaltinių (pavyzdžiui, krakmolo ir glikogeno) vaidmenį, taip pat naudojami kaip statybinės medžiagos (celiuliozė ir chitinas).
Polisacharidai yra patogūs kaip atsarginės medžiagos dėl daugelio priežasčių: būdami netirpūs vandenyje, neturi osmosinio ar cheminio poveikio ląstelei, o tai labai svarbu ilgalaikis saugojimas juos gyvoje ląstelėje: kieta, dehidratuota polisacharidų būsena padidina naudingąją saugojimo produktų masę, taupydama jų tūrį. Tuo pačiu metu žymiai sumažėja tikimybė suvartoti šiuos produktus. patogeninės bakterijos, grybai ir kiti mikroorganizmai, kurie, kaip žinoma, negali nuryti maisto, o įsisavina maistines medžiagas per visą kūno paviršių. Jei reikia, saugomus polisacharidus galima lengvai paversti paprastu cukrumi hidrolizės būdu. Be to, kartu su lipidais ir baltymais angliavandeniai sudaro glikolipidus ir glikoproteinus arba du.
Angliavandeniai yra pagrindinis energijos šaltinis žmogaus organizme.
Bendra angliavandenių formulė yra Cn (H 2O )m
Angliavandeniai yra medžiagos, kurių sudėtis yra C m H 2p O p, kurios turi didžiausią biocheminę reikšmę, yra plačiai paplitusios gyvojoje gamtoje ir atlieka svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime. Angliavandeniai yra visų augalų ir gyvūnų organizmų ląstelių ir audinių dalis ir pagal svorį sudaro didžiąją dalį organinių medžiagų Žemėje. Angliavandeniai sudaro apie 80% sausosios medžiagos augaluose ir apie 20% gyvūnų. Augalai angliavandenius sintetina iš neorganinių junginių – anglies dioksido ir vandens (CO 2 ir H 2 O).
Angliavandenių atsargos glikogeno pavidalu žmogaus organizme yra apie 500 g. Didžioji jo dalis (2/3) yra raumenyse, 1/3 – kepenyse. Tarp valgymų glikogenas skyla į gliukozės molekules, kurios sumažina cukraus kiekio kraujyje svyravimus. Be angliavandenių glikogeno atsargos išsenka maždaug per 12-18 valandų. Tokiu atveju suaktyvinamas angliavandenių susidarymo iš tarpinių baltymų apykaitos produktų mechanizmas. Taip yra dėl to, kad angliavandeniai yra gyvybiškai svarbūs energijos formavimuisi audiniuose, ypač smegenyse. Smegenų ląstelės energiją pirmiausia gauna oksiduodamos gliukozę.
Angliavandenių rūšys
Angliavandeniai pagal jų cheminę struktūrą gali būti skirstomi į paprastus angliavandenius (monosacharidus ir disacharidus) ir sudėtinius angliavandenius (polisacharidus).
Paprasti angliavandeniai (cukrus)
Gliukozė yra svarbiausias iš visų monosacharidų, nes ji yra daugumos dietinių di- ir polisacharidų struktūrinis vienetas. Medžiagų apykaitos procese jie suskaidomi į atskiras monosacharidų molekules, kurios per daugiapakopes chemines reakcijas paverčiamos kitomis medžiagomis ir galiausiai oksiduojasi iki anglies dioksido ir vandens – naudojamos kaip ląstelių „degalai“. Gliukozė yra būtinas angliavandenių apykaitos komponentas. Kai jo kiekis kraujyje sumažėja arba koncentracija yra didelė ir jo negalima vartoti, kaip tai atsitinka sergant cukriniu diabetu, atsiranda mieguistumas ir gali atsirasti sąmonės netekimas (hipoglikeminė koma).
Gliukozė „gryna forma“, kaip monosacharidas, randama daržovėse ir vaisiuose. Vynuogėse ypač daug gliukozės – 7,8 %, trešniose vyšniose – 5,5 %, avietėse – 3,9 %, braškėse – 2,7 %, slyvose – 2,5 %, arbūzuose – 2,4 %. Iš daržovių daugiausia gliukozės yra moliūguose - 2,6%, baltagūžiuose kopūstuose - 2,6%, morkose - 2,5%.
Gliukozė yra mažiau saldi nei garsiausias disacharidas, sacharozė. Jei sacharozės saldumą laikysime 100 vienetų, tai gliukozės saldumas yra 74 vienetai.
Fruktozė yra vienas iš gausiausių angliavandenių vaisiuose. Skirtingai nei gliukozė, ji gali prasiskverbti iš kraujo į audinių ląsteles nedalyvaujant insulinui. Dėl šios priežasties fruktozė rekomenduojama kaip saugiausias angliavandenių šaltinis diabetikams. Dalis fruktozės patenka į kepenų ląsteles, kurios paverčia ją universalesniu „kuru“ – gliukoze, todėl fruktozė taip pat gali padidinti cukraus kiekį kraujyje, nors ir daug mažiau nei kiti paprastieji cukrūs. Fruktozę lengviau paversti riebalais nei gliukozę. Pagrindinis fruktozės privalumas yra tas, kad ji yra 2,5 karto saldesnė už gliukozę ir 1,7 karto saldesnė už sacharozę. Jo naudojimas vietoj cukraus leidžia sumažinti bendrą angliavandenių suvartojimą.
Pagrindiniai fruktozės šaltiniai maiste yra vynuogės – 7,7 %, obuoliai – 5,5 %, kriaušės – 5,2 %, vyšnios – 4,5 %, arbūzai – 4,3 %, juodieji serbentai – 4,2 %, avietės – 3,9 %, braškės – 2,4 %, melionai. – 2,0 proc. Fruktozės kiekis daržovėse mažas – nuo 0,1 % burokėliuose iki 1,6 % baltagūžiuose kopūstuose. Fruktozės yra meduje – apie 3,7%. Patikimai įrodyta, kad fruktozė, kurios saldumas yra žymiai didesnis nei sacharozė, nesukelia dantų ėduonies, kurį skatina cukraus vartojimas.
Galaktozės laisvos formos produktuose nėra. Jis sudaro disacharidą su gliukoze – laktoze (pieno cukrumi) – pagrindiniu pieno ir pieno produktų angliavandeniu.
Laktozę virškinimo trakte suskaido į gliukozę ir galaktozę, veikiant fermentui laktazei. Šio fermento trūkumas kai kuriems žmonėms sukelia pieno netoleravimą. Nesuvirškinta laktozė yra gera žarnyno mikrofloros maistinė medžiaga. Tokiu atveju galimas gausus dujų susidarymas, skrandis „išpučia“. Raugintuose pieno produktuose didžioji dalis laktozės fermentuojama iki pieno rūgšties, todėl žmonės, turintys laktazės trūkumą, gali toleruoti raugintus pieno produktus be nemalonių pasekmių. Be to, raugintuose pieno produktuose esančios pieno rūgšties bakterijos slopina žarnyno mikrofloros veiklą ir mažina neigiamą laktozės poveikį.
Galaktozė, susidaranti skaidant laktozę, kepenyse virsta gliukoze. Esant įgimtam fermento, paverčiančio galaktozę į gliukozę, trūkumu arba nebuvimu, išsivysto rimta liga - galaktozemija, dėl kurios atsiranda protinis atsilikimas.
Sacharozė yra disacharidas, sudarytas iš gliukozės ir fruktozės molekulių. Sacharozės kiekis cukruje yra 99,5%. Saldumynai taip pat žino, kad cukrus yra „baltoji mirtis“, kaip ir rūkaliai, kad lašas nikotino užmuša arklį. Deja, abu šie teiginiai dažniau yra priežastis juokauti, o ne rimtai apmąstyti ir daryti praktines išvadas.
Cukrus greitai suskaidomas virškinamajame trakte, gliukozė ir fruktozė absorbuojamos į kraują ir yra energijos šaltinis bei svarbiausias glikogeno ir riebalų pirmtakas. Jis dažnai vadinamas „tuščių kalorijų nešikliu“, nes cukrus yra grynas angliavandenis ir jame nėra kitų maistinių medžiagų, tokių kaip vitaminai ir mineralinės druskos. Iš augalinių produktų daugiausia sacharozės yra burokėliuose – 8,6 %, persikuose – 6,0 %, melionuose – 5,9 %, slyvose – 4,8 %, mandarinų – 4,5 %. Daržovėse, išskyrus burokėlius, didelis sacharozės kiekis yra morkose - 3,5%. Kitose daržovėse sacharozės kiekis svyruoja nuo 0,4 iki 0,7%. Be paties cukraus, pagrindiniai sacharozės šaltiniai maiste yra uogienė, medus, konditerijos gaminiai, saldūs gėrimai, ledai.
Kai susijungia dvi gliukozės molekulės, susidaro maltozė – salyklo cukrus. Jame yra medaus, salyklo, alaus, melasos ir duonos bei konditerijos gaminių, pagamintų pridedant melasos.
Sudėtingi angliavandeniai
Visi žmonių maiste esantys polisacharidai, išskyrus retas išimtis, yra gliukozės polimerai.
Krakmolas yra pagrindinis virškinamas polisacharidas. Jis sudaro iki 80% su maistu suvartojamų angliavandenių.
Krakmolo šaltinis yra augaliniai produktai, daugiausia javai: grūdai, miltai, duona, bulvės. Daugiausia krakmolo yra grūduose: nuo 60% grikiuose (branduolyje) iki 70% ryžiuose. Iš javų mažiausiai krakmolo yra avižiniuose dribsniuose ir jos perdirbtuose produktuose: avižiniuose dribsniuose, avižiniuose dribsniuose Hercules – 49%. Makaronuose yra nuo 62 iki 68% krakmolo, duonoje iš ruginių miltų, priklausomai nuo rūšies - nuo 33% iki 49%, kvietinėje duonoje ir kituose kvietinių miltų gaminiuose - nuo 35 iki 51%, miltuose - nuo 56 (rugių). ) iki 68 % (aukščiausios kokybės kviečiai). Daug krakmolo yra ir ankštiniuose augaluose – nuo 40 % lęšiuose iki 44 % žirniuose. Dėl šios priežasties džiovinti žirniai, pupelės, lęšiai ir avinžirniai priskiriami ankštiniams augalams. Išsiskiria sojos pupelės, kuriose yra tik 3,5% krakmolo, ir sojų miltai (10-15,5%). Dėl didelio krakmolo kiekio bulvėse (15-18%), dietologijoje jos priskiriamos ne prie daržovių, kur pagrindiniai angliavandeniai yra monosacharidai ir disacharidai, o kaip krakmolingi maisto produktai kartu su javais ir ankštiniais augalais.
Topinambuose ir kai kuriuose kituose augaluose angliavandeniai kaupiami fruktozės polimero – inulino – pavidalu. Maisto produktai su inulino priedu rekomenduojami sergant cukriniu diabetu ir ypač jo profilaktikai (atminkite, kad fruktozė mažiau apkrauna kasą nei kiti cukrūs).
Glikogenas – „gyvulinis krakmolas“ – susideda iš labai išsišakojusių gliukozės molekulių grandinių. Nedideliais kiekiais jo randama gyvūniniuose produktuose (kepenyse 2-10%, raumenų audinyje - 0,3-1%).
Daug angliavandenių turintis maistas
Labiausiai paplitę angliavandeniai yra gliukozė, fruktozė ir sacharozė, kurių yra daržovėse, vaisiuose ir meduje. Laktozė yra pieno dalis. Rafinuotas cukrus yra fruktozės ir gliukozės derinys.
Gliukozė vaidina pagrindinį vaidmenį medžiagų apykaitos procese. Jis aprūpina energija tokius organus kaip smegenys, inkstai ir skatina raudonųjų kraujo kūnelių gamybą.
Žmogaus organizmas nesugeba sukaupti per daug gliukozės, todėl ją reikia reguliariai papildyti. Bet tai nereiškia, kad gliukozę reikia valgyti gryna forma. Daug sveikiau jį vartoti kaip sudėtinių angliavandenių junginių, pavyzdžiui, krakmolo, kurio yra daržovėse, vaisiuose ir grūduose, dalį. Visi šie produktai, be to, yra tikras vitaminų, skaidulų, mikroelementų ir kitų naudingų medžiagų sandėlis, padedantis organizmui kovoti su daugeliu ligų. Polisacharidai turėtų sudaryti didžiąją dalį visų į mūsų organizmą patenkančių angliavandenių.
Svarbūs angliavandenių šaltiniai
Pagrindiniai angliavandenių šaltiniai iš maisto yra: duona, bulvės, makaronai, dribsniai, saldumynai. Cukrus yra grynas angliavandenis. Meduje, priklausomai nuo kilmės, yra 70-80% gliukozės ir fruktozės.
Angliavandenių kiekiui maiste nurodyti naudojamas specialus duonos vienetas.
Be to, angliavandenių grupei taip pat priklauso skaidulos ir pektinai, kuriuos žmogaus organizmas blogai virškina.
Angliavandeniai naudojami kaip:
vaistai,
bedūmių miltelių (piroksilino) gamybai,
sprogmenys,
dirbtiniai pluoštai (viskozė).
Celiuliozė turi didelę reikšmę kaip etilo alkoholio gamybos šaltinis
1.Energija
Pagrindinė angliavandenių funkcija – jie yra nepakeičiamas žmogaus mitybos komponentas, suskaidžius 1 g angliavandenių, išsiskiria 17,8 kJ energijos.
2. Struktūrinis.
Augalų ląstelių sienelę sudaro polisacharidas celiuliozė.
3. Sandėliavimas.
Krakmolas ir glikogenas yra augalų ir gyvūnų saugojimo produktai
|
Angliavandenių grupės |
Molekulės sandaros ypatumai |
Angliavandenių savybės |
|
Monosacharidai |
C atomų skaičius C3-triozė C4-tetrozės C5-pentozės C6-heksozės |
Bespalvis, gerai tirpus vandenyje, saldaus skonio. |
|
Oligosacharidai |
Sudėtingi angliavandeniai. |
Sudėtyje yra nuo 2 iki 10 monosacharidų likučių |
|
Jie gerai tirpsta vandenyje ir yra saldaus skonio. |
Polisacharidai |
Sudėtingi angliavandeniai, susidedantys iš daugybės monomerų – paprastųjų cukrų ir jų darinių |
Didėjant monomerų vienetų skaičiui, tirpumas mažėja ir saldus skonis išnyksta. Atsiranda gebėjimas gleivėti ir išsipūsti
Istorinė nuoroda
Angliavandeniai buvo naudojami nuo senų senovės – pats pirmasis angliavandenis (tiksliau angliavandenių mišinys), su kuriuo susipažino žmogus, buvo medus.
Cukranendrių gimtinė yra šiaurės vakarų Indija-Bengalija. Europiečiai su cukranendrių cukrumi susipažino Aleksandro Makedoniečio kampanijų dėka 327 m. pr. Kr.
Gryną runkelių cukrų tik 1747 metais atrado vokiečių chemikas A. Marggrafas.
1811 m. rusų chemikas Kirchhoffas pirmą kartą gavo gliukozę krakmolo hidrolizės būdu.
Pirmą kartą teisingą empirinę gliukozės formulę pasiūlė švedų chemikas J. Bercelius 1837 m. C6H12O6
Angliavandenių sintezę iš formaldehido, dalyvaujant Ca(OH)2, atliko A.M. Butlerovas 1861 m
Išvada
Angliavandenių svarbą sunku pervertinti. Gliukozė yra pagrindinis energijos šaltinis žmogaus organizme, ji naudojama daugybei svarbių organizmo medžiagų – glikogeno (energijos rezervo) – susidarymui, ji yra ląstelių membranų, fermentų, glikoproteinų, glikolipidų dalis, dalyvauja daugelyje reakcijų, vykstančių žmogaus kūnas. Tuo pačiu metu sacharozė yra pagrindinis gliukozės, patenkančios į vidinę aplinką, šaltinis. Sacharozė, esanti beveik visuose augaliniuose maisto produktuose, suteikia reikiamą energijos tiekimą ir esminę medžiagą – gliukozę.
Organizmui būtinai reikia angliavandenių (iš angliavandenių gauname daugiau nei 56 proc. energijos)
Angliavandeniai gali būti paprasti ir sudėtingi (jie taip vadinami dėl jų molekulių struktūros)
Minimalus angliavandenių kiekis turi būti ne mažesnis kaip 50-60 g
Pasitikrink savo žinias:
