Energiaforrások az emberi szervezetben. Fehérjék, zsírok, szénhidrátok - az emberi szervezet energiaforrásai

Az élő szervezetek elsődleges energiaforrása a napfény energiája. A fototrófok - növények és fotoszintetikus mikroorganizmusok - közvetlenül használják a fényenergiát összetett szerves anyagok (zsírok, fehérjék, szénhidrátok stb.) szintézisére, amelyek másodlagos energiaforrások. A heterotrófok, köztük az állatok is, a növények által szintetizált szerves anyagok oxidációja során felszabaduló kémiai energiát használják fel.

A bioenergetikai folyamatok energiatermelési és -felhalmozási folyamatokra, valamint olyan folyamatokra oszthatók, amelyekben a tárolt energia miatt hasznos munkát végeznek (1.1. ábra). A fotoszintézis a fő bioenergia-folyamat a Földön. Ez a fotofizikai, fotokémiai és sötét komplex többlépcsős rendszer biokémiai folyamatok, amelyben a napfény energiája kémiai vagy elektrokémiai energiaformákká alakul át. Az első esetben ez az összetett szerves molekulákban rejlő energia, a másodikban pedig a membránokon lévő proton gradiens energiája, amely szintén kémiai formává alakul. A fotoszintetikus szervezetekben a napfény mennyiségeit a klorofillmolekulák elnyelik, és elektronjaikat fokozott energiával gerjesztett állapotba juttatják. A klorofillmolekulákban lévő gerjesztett elektronok energiájának köszönhető, hogy a fototrófok fotoszintetikus rendszere egyszerű szén-dioxid- és vízmolekulákból glükózt és más szerves molekulákat (aminosavakat, zsírsavakat, nukleotidokat stb.) szintetizál, amelyekből szénhidrátok, fehérjék képződnek. , a zsírok ezt követően épülnek fel a szervezetben és a nukleinsavak. E reakciók terméke a molekuláris oxigén is.

A fotoszintézis fő reakcióinak általános egyenlete:

6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (glükóz) + 6 O 2,

ahol hn - foton energia.

A fotoszintézis globális szerepe rendkívül nagy. A napsugárzás teljesítménye körülbelül 10 26 W. Körülbelül 2 10 17 W jut belőle a Föld felszínére, ebből az értékből körülbelül 4 10 13 W-ot használnak fel a fotoszintetikus szervezetek szerves anyagok szintézisére (Samoilov, 2004). Ez az energia tartja fenn az életet a Földön. Ennek köszönhetően évente mintegy 7510 10 tonna biomassza szintetizálódik (szénben kifejezve). Ugyanakkor az óceánban mintegy 4 10 10 tonna szenet kötnek meg a fitoplanktonok, a szárazföldön pedig 3,510 10 tonnát a növények és a fotoszintetikus mikroorganizmusok.

Az emberiség a fotoszintézis termékeit élelmiszer formájában fogyasztja, elsősorban növények által termelt vagy másodlagosan növényeket fogyasztó állatok által termelt szerves anyagokat fogyasztva, valamint tüzelőanyag formájában, amelyet 90%-ban a korábban tárolt fotoszintézis termékek - olaj és szén - használnak fel. az energia többi részét atom- és vízerőművek biztosítják).

A fototróf organizmusok által felhalmozott energia kinyerését és későbbi felhasználását a táplálkozási és légzési folyamatokban végzik. Az emésztőrendszeren áthaladva a táplálék összetörik, a sejtek elpusztulnak és a biopolimerek (fehérjék, nukleinsavak, zsírok és szénhidrátok) kis molekulatömegű monomerekre (aminosavak, nukleotidok, zsírsavak és cukrok) bomlanak, amelyek felszívódnak a vér a bélben, és az egész testben szállítódik. Belőlük a sejtek nagy energiájú elektronokat hordozó hidrogénatomokat vonnak ki, amelyek energiája részben adenozin-trifoszfát (ATP) molekulák formájában raktározható. Az ATP univerzális energiaforrás, akkumulátorként használják, ahol és amikor hasznos munkára van szükség.

Az alapok következő osztálya kémiai vegyületek testünk - szénhidrátokat. A szénhidrátok mindannyiunk számára jól ismertek a közönséges élelmiszercukor formájában (kémiailag az szacharóz) vagy keményítő.
A szénhidrátok egyszerű és összetett csoportokra oszthatók. Az egyszerű szénhidrátok (monoszacharidok) közül a legfontosabbak az ember számára glükóz, fruktóz és galaktóz.
A komplex szénhidrátok azok oligoszacharidok(diszacharidok: szacharóz, laktóz stb.) és nem cukorszerű szénhidrátok - poliszacharidok(keményítő, glikogén, rost stb.).
A monoszacharidok és poliszacharidok a szervezetre gyakorolt ​​fiziológiai hatásukban különböznek egymástól. A könnyen emészthető mono- és diszacharidok feleslege az étrendben hozzájárul a vércukorszint gyors emelkedéséhez, ami negatív lehet a diabetes mellitusban (DM) és elhízott betegeknél.
A poliszacharidok sokkal lassabban hasadnak le vékonybél. Ezért a vér cukorkoncentrációjának növekedése fokozatosan történik. E tekintetben előnyösebb a keményítőben gazdag élelmiszerek (kenyér, gabonafélék, burgonya, tészta) fogyasztása.
A keményítővel együtt a vitaminok bejutnak a szervezetbe, ásványok, emészthetetlen tápláló rost. Ez utóbbiak közé tartozik a rost és a pektin.
Cellulóz(cellulóz) kedvező szabályozó hatással van a belek, az epeutak működésére, megakadályozza a táplálék pangását gyomor-bél traktus elősegíti a koleszterin eltávolítását. A rostban gazdag élelmiszerek közé tartozik a káposzta, a cékla, a bab, a rozsliszt stb.
pektin anyagok a gyümölcspép részei, a levelek, a szár zöld részei. Képesek adszorbeálni különféle méreganyagokat (beleértve a nehézfémeket is). Sok pektin található a lekvárokban, lekvárokban, lekvárokban, mályvacukorban, de ezeknek az anyagoknak a többsége a karotinban (az A-vitamin előanyaga) is gazdag sütőtök pépében található.
A legtöbb szénhidrát az emberi szervezet számára gyorsan emészthető energiaforrás. A szénhidrátok azonban nem feltétlenül esszenciális tápanyagok. Néhány közülük, például sejtjeink legfontosabb üzemanyaga, a glükóz, meglehetősen könnyen előállítható más kémiai vegyületekből, különösen aminosavakból vagy lipidekből.
A szénhidrátok szerepét azonban nem szabad alábecsülni. Az a tény, hogy nem csak képesek gyorsan égni a szervezetben, hogy elegendő mennyiségű energiát biztosítsanak számára, hanem formában is tárolhatók tartalékban. glikogén- a jól ismert növényi keményítőhöz nagyon hasonló anyag. Fő glikogén raktáraink a májban vagy az izmokban koncentrálódnak. Ha a szervezet energiaigénye megnő például egy jelentős a fizikai aktivitás, akkor a glikogénraktárak könnyen mobilizálódnak, a glikogén glükózzá alakul, és azt már szervezetünk sejtjei, szövetei energiahordozóként hasznosítják.

Az egyszerű szénhidrátok veszélye!

A jeruzsálemi (Izrael) és a Yale-i (USA) egyetem tudósai kísérletsorozat elvégzése után jutottak ilyen következtetésekre.

A Melanoplus femurrubrum fajba tartozó szöcskék két ketrecbe kerültek, amelyek közül az egyikben Pisaurina mira pókokat is megraktak - az ő természetes ellenségei. A feladat csupán a szöcskék ijesztgetése volt, hogy nyomon kövessék a ragadozókkal szembeni reakcióikat, így a pókokat az állkapocs ragasztásával "pofákkal" látták el. A szöcskék súlyos stresszt éltek át, ennek eredményeként szervezetükben az anyagcsere jelentősen megnövekedett, és "brutális" étvágy jelent meg - hasonlóan azokhoz az emberekhez, akik sok édességet esznek, amikor aggódnak. Szöcskék falták rövid időszak nagy mennyiségű szénhidrát, amelynek szénhidrogénét a szervezet tökéletesen felvette.

Ráadásul a szöcskék „túlevése” – mint kiderült – a halál után károsíthatja az ökoszisztémát. A tudósok ezt úgy fedezték fel, hogy testük maradványait talajmintákba helyezték, ahol a humuszfolyamat végbement. A tanulmány szerint a talaj mikrobiális aktivitása 62%-kal csökkent a laboratóriumban és 19%-kal a szántóföldön.

A kísérlet eredményeinek tesztelésére a tudósok létrehoztak egy "valós idejű" kémiai modellt, amely a valódi szöcskék csontvázát szerves "krizálisra" cserélte, amely a természetes prototípusokhoz hasonlóan különböző arányban szénhidrátokból, fehérjékből és kitinből áll. A kísérletek eredményei azt mutatták, hogy minél nagyobb a (fehérjékben) található nitrogén százalékos aránya a szöcskék maradványaiban, annál jobbak a szerves anyagok lebontási folyamatai a talajban.

Szénhidrát szerves

Szénhidrát

A szerves vegyületek az élő szervezet sejttömegének átlagosan 20-30%-át teszik ki. Ide tartoznak a biológiai polimerek: fehérjék, nukleinsavak, szénhidrátok, valamint zsírok és számos kis hormonmolekula, pigmentek, ATP stb. A különböző típusú sejtekben egyenlőtlen mennyiségű szerves vegyület található. A növényi sejtekben a komplex szénhidrátok-poliszacharidok dominálnak, míg az állatokban több a fehérje és a zsír. Ennek ellenére bármely sejttípusban a szerves anyagok mindegyik csoportja hasonló funkciókat lát el: energiát ad, építőanyag.

1. A SZÉNHIDRÁTOK RÖVID ÖSSZEFOGLALÁSA

A szénhidrátok olyan szerves vegyületek, amelyek egy vagy több molekulából állnak. egyszerű cukrok. A szénhidrátok moláris tömege 100-1 000 000 Da (Dalton tömeg, megközelítőleg egy hidrogénatom tömegével egyenlő). Általános képletüket általában Cn(H2O)n-ként írják le (ahol n legalább három). Ezt a kifejezést először 1844-ben a hazai tudós, K. Schmid (1822-1894) vezette be.

A "szénhidrátok" elnevezés a vegyületcsoport első ismert képviselőinek elemzése alapján keletkezett. Kiderült, hogy ezek az anyagok szénből, hidrogénből és oxigénből állnak, és a hidrogén- és oxigénatomok számának aránya bennük ugyanaz, mint a vízben: két hidrogénatom - egy oxigénatom. Így a szén és a víz kombinációjának tekintették őket. A jövőben sok olyan szénhidrát vált ismertté, amelyek nem feleltek meg ennek a feltételnek, de a „szénhidrátok” elnevezés továbbra is általánosan elfogadott marad. Egy állati sejtben a szénhidrátok 2-5% -ot meg nem haladó mennyiségben találhatók. A növényi sejtek a leggazdagabbak szénhidrátokban, ahol ezek tartalmuk egyes esetekben eléri a száraz tömeg 90%-át (például burgonyagumóban, magvakban).

2. A SZÉNHIDRÁTOK OSZTÁLYOZÁSA

A szénhidrátoknak három csoportja van: monoszacharidok, vagy egyszerű cukrok (glükóz, fruktóz); oligoszacharidok - egyszerű cukrok (szacharóz, maltóz) 2-10 egymás után kapcsolódó molekulájából álló vegyületek; 10-nél több cukormolekulát tartalmazó poliszacharidok (keményítő, cellulóz).

3. A MONO- ÉS DISZACHARIDOK SZERVEZETÉNEK SZERKEZETI ÉS FUNKCIÓS JELLEMZŐI: SZERKEZETE; TALÁLÁS A TERMÉSZETBEN; FOGADÁS. AZ EGYES KÉPVISELŐK JELLEMZŐI

A monoszacharidok többértékű alkoholok keton- vagy aldehid származékai. Az összetételüket alkotó szén-, hidrogén- és oxigénatomok aránya 1:2:1. Az egyszerű cukrok általános képlete a (CH2O)n. A szénváz hosszától (a szénatomok számától) függően a következőkre oszthatók: trióz-C3, tetróz-C4, pentóz-C5, hexóz-C6 stb. Ezen kívül a cukrok a következőkre oszthatók:

Az aldehidcsoportot tartalmazó aldózok C=O. Ezek közé tartozik | | H glükóz:

H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH

A ketoncsoportot tartalmazó ketóz - C-. Nekik például || fruktózra utal.

Az oldatokban minden cukor, kezdve a pentózokkal, ciklikus formában van; lineáris formában csak triózok és tetrózok vannak jelen. A ciklusos forma kialakulásakor az aldehidcsoport oxigénatomja kovalensen kötődik a lánc utolsó előtti szénatomjához, aminek eredményeként félacetálok (aldózok esetén) és hemiketálok (ketózok esetén) képződnek.

A MONOSZACHARIDOK JELLEMZŐI, EGYÉNI KÉPVISELŐK

A tetrózisok közül az erythrosis a legfontosabb az anyagcsere folyamatokban. Ez a cukor a fotoszintézis egyik köztes terméke. A pentózok természetes körülmények között főként összetettebb anyagok molekuláinak alkotórészeiként találhatók meg, mint például a pentozánoknak nevezett komplex poliszacharidok, valamint növényi gumik. Pentózok be jelentős mennyiségű(10-15%) fában, szalmában találhatók. A természetben az arabinóz túlnyomórészt megtalálható. Meggy ragasztóban, répában és gumiarábikában található, ahonnan nyerik. A ribóz és a dezoxiribóz széles körben képviselteti magát az állat- és növényvilágban; ezek olyan cukrok, amelyek az RNS és a DNS nukleinsavak monomereit alkotják. A ribózt arabinóz epimerizációjával nyerik.

A xilóz a szalmában, korpában, fában és napraforgóhéjban található xilozán poliszacharid hidrolízisével képződik. Termékek különféle típusok A xilóz erjesztése tejsav, ecetsav, citromsav, borostyánkősav és egyéb savak. A xilózt az emberi szervezet rosszul szívja fel. A xilóz tartalmú hidrolizátumokat egyes élesztőfajták termesztésére, fehérjeforrásként haszonállatok takarmányozására használják. A xilóz redukálásakor xilit-alkoholt kapnak, amelyet cukorbetegek cukorhelyettesítőjeként használnak. A xilitet széles körben használják nedvességstabilizátorként és lágyítóként (a papíriparban, illatszergyártásban, celofángyártásban). Számos felületaktív anyag, lakk, ragasztó gyártásában az egyik fő alkotóelem.

A hexózok közül a legszélesebb körben elterjedt a glükóz, fruktóz, galaktóz, ezek általános képlet- С6Н12О6.

Glükóz (szőlőcukor, szőlőcukor) megtalálható a szőlő és más édes gyümölcsök levében, kis mennyiségben az állatokban és az emberekben. A glükóz a legfontosabb diszacharidok – a nád- és szőlőcukrok – része. A nagy molekulatömegű poliszacharidok, azaz a keményítő, a glikogén (állati keményítő) és a cellulóz teljes egészében különböző módon egymáshoz kapcsolódó glükózmolekulák maradványaiból épülnek fel. A glükóz a sejtek elsődleges energiaforrása.

Az emberi vér 0,1-0,12% glükózt tartalmaz, az indikátor csökkenése az ideg- és izomsejtek létfontosságú tevékenységének megsértését okozza, amelyet néha görcsök vagy ájulás kísér. A vér glükóz szintjét az idegrendszer és a mirigyek összetett mechanizmusa szabályozza. belső szekréció. Az egyik súlyos, súlyos endokrin betegség - cukorbetegség- a hasnyálmirigy szigetzónáinak hipofunkciójával jár. Ezt az izom- és zsírsejtek membránjának glükóz-permeabilitásának jelentős csökkenése kíséri, ami a vérben és a vizeletben a glükóztartalom növekedéséhez vezet.

Az orvosi célokra szánt glükózt tisztítással - átkristályosítással - műszaki glükóz vizes vagy víz-alkoholos oldatokból nyerik. A glükózt a textilgyártásban és néhány más iparágban redukálószerként használják. Az orvostudományban a tiszta glükózt vérbe juttatandó oldatok formájában használják számos betegség esetén, valamint tabletták formájában. C-vitamint nyernek belőle.

A galaktóz a glükózzal együtt egyes glikozidok és poliszacharidok része. A galaktózmolekulák maradványai a legösszetettebb biopolimerek - gangliozidok vagy glikoszfingolipidek - részét képezik. Megtalálhatók az emberek és állatok idegcsomóiban (ganglionjaiban), valamint megtalálhatók az agyszövetben, a lépben az eritrocitákban. A galaktózt főleg hidrolízissel nyerik. tejcukor.

A fruktóz (gyümölcscukor) szabad állapotban a gyümölcsökben, mézben található. Például számos összetett cukor alkotóeleme nádcukor amelyből hidrolízissel nyerhető. Komplex szerkezetű, nagy molekulájú poliszacharid inulint képez, amelyet egyes növények tartalmaznak. A fruktózt az inulinból is nyerik. A fruktóz értékes élelmiszercukor; 1,5-szer édesebb a szacharóznál és 3-szor édesebb a glükóznál. Jól felszívódik a szervezetben. A fruktóz redukálásakor szorbit és mannit képződik. A szorbitot cukorhelyettesítőként használják a cukorbetegek étrendjében; ezen kívül aszkorbinsav (C-vitamin) előállítására használják. Ha oxidálódik, a fruktóz borkősavat és oxálsavat ad.

A diszacharidok tipikus cukorszerű poliszacharidok. Ezek szilárd anyagok vagy nem kristályosodó szirupok, amelyek vízben jól oldódnak. Mind az amorf, mind a kristályos diszacharidok általában egy bizonyos hőmérséklet-tartományban megolvadnak, és általában lebomlanak. A diszacharidok két monoszacharid, általában hexózok közötti kondenzációs reakcióval jönnek létre. A két monoszacharid közötti kötést glikozidos kötésnek nevezzük. Általában a szomszédos monoszacharid egységek első és negyedik szénatomja között képződik (1,4-glikozidos kötés). Ez a folyamat számtalanszor megismételhető, aminek eredményeként óriási poliszacharidmolekulák képződnek. Miután a monoszacharid egységek összekapcsolódnak, maradékoknak nevezzük őket. Így a maltóz két glükózmaradékból áll.

A leggyakoribb diszacharidok a maltóz (glükóz + glükóz), a laktóz (glükóz + galaktóz) és a szacharóz (glükóz + fruktóz).

A DISACHARIDOK EGYÉNI KÉPVISELŐI

A maltóz (malátacukor) képlete C12H22O11. Az elnevezés a malátacukor előállítási módja kapcsán keletkezett: malátával érintkezve keményítőből nyerik (latinul maltum - maláta). A hidrolízis eredményeként a maltóz két glükózmolekulára hasad:

С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6

A malátacukor a keményítő hidrolízisének közbenső terméke, széles körben elterjedt a növényi és állati szervezetekben. A malátacukor sokkal kevésbé édes, mint a nádcukor (0,6-szorosan azonos koncentrációban).

Laktóz (tejcukor). Ennek a diszacharidnak a neve a tejből történő előállításával kapcsolatban keletkezett (a latin lactum - tej szóból). Hidrolízis során a laktóz glükózra és galaktózra bomlik:

A laktózt a tejből nyerik: tehéntej 4-5,5% -ot tartalmaz, a női tejben - 5,5-8,4%. A laktóz a higroszkóposság hiányában különbözik a többi cukortól: nem nedvesedik meg. A tejcukrot gyógyszerészeti készítményként és csecsemők táplálékaként használják. A laktóz 4-5-ször kevésbé édes, mint a szacharóz.

Szacharóz (nád- vagy répacukor). Az elnevezés a cukorrépából vagy cukornádból történő előállításával kapcsolatban merült fel. A nádcukrot Kr.e. évszázadok óta ismerték. Csak a XVIII. század közepén. ezt a diszacharidot a cukorrépában fedezték fel, és csak a 19. század elején. termelési környezetben szerezték be. A szacharóz nagyon gyakori a növényvilágban. A levelek és a magok mindig tartalmaznak kis mennyiségű szacharózt. Gyümölcsökben is megtalálható (sárgabarack, őszibarack, körte, ananász). Sok van belőle juhar- és pálmalevekben, kukoricában. Ez a leghíresebb és legszélesebb körben használt cukor. Hidrolizáláskor glükóz és fruktóz képződik belőle:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

Az egyenlő mennyiségű glükóz és fruktóz keverékét, amely a nádcukor inverziójából adódik (az oldat jobb oldali forgásának balra történő hidrolízisfolyamatának megváltozása miatt), invertcukornak (a forgás megfordítása) nevezzük. A természetes invertcukor a méz, amely főleg glükózból és fruktózból áll.

A szacharózt innen nyerik hatalmas mennyiségeket. A cukorrépa 16-20% szacharózt tartalmaz, a cukornád - 14-26%. A megmosott répát összetörik, és a szacharózt ismételten extrahálják körülbelül 80 fokos vízzel. A kapott folyadékot, amely a szacharózon kívül számos különféle szennyeződést tartalmaz, mésszel kezelik. A mész számos szerves savat csap ki kalciumsók, valamint fehérjék és néhány más anyag formájában. A mész egy része egyúttal oldható nádcukorral képződik hideg víz kalciumcukrok, amelyek szén-dioxiddal történő kezelés hatására elpusztulnak.

A kalcium-karbonát csapadékot szűréssel elválasztjuk, a szűrletet további tisztítás után vákuumban bepároljuk, amíg pépes masszát nem kapunk. Az elválasztott szacharózkristályokat centrifugák segítségével választják el. Így nyerjük a sárgás színű nyers kristálycukrot, barna anyalúgot, nem kristályosodó szirupot (répamelasz, vagy melasz). A cukrot megtisztítják (finomítják) és előállítják késztermék.

4. A BIOPOLIMEREK BIOLÓGIAI SZEREPE – POLISZACHARIDOK

A poliszacharidok nagy molekulájú (akár 1 000 000 Da tömegű) polimer vegyületek, amelyek nagyszámú monomerből - cukrokból állnak, általános képletük Cx (H2O) y. A poliszacharidok leggyakoribb monomerje a glükóz, a mannóz, a galaktóz és más cukrok. A poliszacharidok a következőkre oszthatók:
- homopoliszacharidok, amelyek azonos típusú monoszacharid molekulákból állnak (például a keményítő és a cellulóz csak glükózból áll);
- heteropoliszacharidok, amelyek több különböző cukrot (heparint) tartalmazhatnak monomerként.

Ha csak 1,4= glikozidos kötés van jelen a poliszacharidban, akkor lineáris, el nem ágazó polimert (cellulózt) kapunk; ha 1,4= és 1,6= kötés is jelen van, a polimer elágazó láncú lesz (glikogén). A legfontosabb poliszacharidok közé tartozik a cellulóz, keményítő, glikogén, kitin.

A cellulóz vagy rost (a latin cellula - sejt szóból) a növényi sejtek sejtfalának fő alkotóeleme. Ez egy lineáris poliszacharid, amely 1,4= kötésekkel összekapcsolt glükózból áll. A rost a fa 50-70%-át teszi ki. A pamut szinte tiszta rost. A len- és kenderrostok elsősorban rostból állnak. A szál legtisztább példái a finomított vatta és a szűrőpapír.

A keményítő egy elágazó poliszacharid növényi eredetű glükózból áll. A poliszacharidban a glükózmaradékok 1,4= és 1,6= glikozidos kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Amikor lebomlanak, a növények glükózt kapnak, amelyre életük során szükség van. Keményítő képződik a fotoszintézis során a zöld levelekben szemek formájában. Ezek a szemcsék különösen könnyen kimutathatók mikroszkóp alatt jóddal mészreakcióval: a keményítőszemcsék kékre vagy kékesfeketére válnak.

A keményítőszemcsék felhalmozódása alapján meg lehet ítélni a fotoszintézis intenzitását. A levelekben lévő keményítő monoszacharidokra vagy oligoszacharidokra bomlik, és más növényi részekre, például burgonyagumókra vagy gabonaszemekre kerül. Itt ismét keményítő lerakódás van szemek formájában. A legtöbb tartalom keményítő a következő növényekben:

Rizs (gabona) - 62-82%;
- kukorica (gabona) - 65-75%;
- búza (gabona) - 57-75%;
- burgonya (gumó) - 12-24%.

A textiliparban a keményítőből festéksűrítőket készítenek. Gyufa-, papír-, nyomdaiparban, könyvkötészetben használják. Az orvostudományban és a farmakológiában a keményítőt porok, paszták (vastag kenőcsök) készítésére használják, és tabletták előállításához is szükséges. A keményítő savas hidrolízisének alávetésével a glükóz tiszta kristályos készítmény vagy melasz - színes, nem kristályosodó szirup - formájában nyerhető.

Megállapították a speciális feldolgozásnak alávetett vagy tulajdonságait javító adalékanyagokat tartalmazó módosított keményítők előállítását. A módosított keményítőket széles körben használják különféle iparágakban.

A glikogén egy állati eredetű poliszacharid, amely elágazóbb, mint a keményítő, és glükózból áll. Rendkívül fontos szerepet tölt be az állati szervezetekben, mint tartalék poliszacharid: minden életfolyamatot, elsősorban az izommunkát, a glikogén lebontása kíséri, amely felszabadítja a benne koncentrált energiát. A testszövetekben a glikogénből tejsav képződhet komplex átalakulások sorozata eredményeként.

A glikogén minden állati szövetben megtalálható. Különösen nagy mennyiségben fordul elő a májban (legfeljebb 20%) és az izmokban (legfeljebb 4%). Egyes alacsonyabb rendű növényekben, élesztőgombákban és gombákban is megtalálható, állati szövetek 5-10%-os triklór-ecetsavval történő kezelésével, majd az extrahált glikogén alkohollal történő kicsapásával izolálható. A jóddal a glikogén oldatok borvöröstől vörösesbarnáig terjedő színt adnak, a glikogén eredetétől, az állat fajtájától és egyéb körülményektől függően. A jód színe forráskor eltűnik, majd lehűléskor újra megjelenik.

A kitin szerkezetében és funkciójában nagyon közel áll a cellulózhoz – egyben szerkezeti poliszacharid is. A kitin megtalálható néhány gombában, ahol rostos szerkezete miatt a sejtfalban, valamint egyes állatcsoportokban (főleg az ízeltlábúakban) külső vázuk fontos alkotóelemeként. A kitin szerkezete hasonló a cellulózéhoz, hosszú párhuzamos láncai szintén kötegek.

5. A SZÉNHIDRÁTOK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

Minden monoszacharid és néhány diszacharid, beleértve a maltózt és a laktózt is, a redukáló (helyreállító) cukrok csoportjába tartozik. A szacharóz egy nem redukáló cukor. A cukrok redukálóképessége aldózokban az aldehidcsoport aktivitásától, míg ketózokban mind a ketocsoport, mind a primer alkoholcsoportok aktivitásától függ. A nem redukáló cukrokban ezek a csoportok semmilyen reakcióba nem léphetnek be, mert itt glikozidos kötés kialakításában vesznek részt. A redukáló cukrokra két általános reakció, a Benedict-reakció és a Fehling-reakció azon alapul, hogy ezek a cukrok képesek a kétértékű réziont egy vegyértékűvé redukálni. Mindkét reakcióban réz(2)-szulfát (CuSO4) lúgos oldatát alkalmazzák, amelyet oldhatatlan réz(1)-oxiddá (Cu2O) redukálnak. Ionegyenlet: Cu2+ + e = Cu+ kék oldatot, téglavörös csapadékot ad. Minden poliszacharid nem redukáló hatású.

KÖVETKEZTETÉS

A szénhidrátok fő szerepe az energia funkciójukhoz kapcsolódik. Enzimatikus hasításuk és oxidációjuk során energia szabadul fel, amit a sejt felhasznál. A poliszacharidok főként tartaléktermékek és könnyen mobilizálható energiaforrások (például keményítő és glikogén) szerepét töltik be, és építőanyagként is használják (cellulóz és kitin).

A poliszacharidok számos okból alkalmasak tárolóanyagként: mivel vízben nem oldódnak, nem fejtenek ki ozmotikus vagy ozmotikus hatást a sejtre. kémiai hatás, ami nagyon fontos élő sejtben való hosszú távú tárolásuk során: a poliszacharidok szilárd, dehidratált állapota növeli a tartalék termékek hasznos tömegét a térfogatuk megtakarításával. Ez jelentősen csökkenti annak valószínűségét, hogy ezeket a termékeket patogén baktériumok, gombák és más mikroorganizmusok fogyasztják, amelyek, mint tudod, nem tudják lenyelni az ételt, de felszívják. tápanyagok a test teljes felületén. Szükség esetén a tároló poliszacharidok hidrolízissel könnyen egyszerű cukrokká alakíthatók. Ezenkívül a lipidekkel és fehérjékkel kombinálva a szénhidrátok glikolipideket és glikoproteineket képeznek - kettő.

A szénhidrátok az emberi szervezet fő energiaforrásai.

A szénhidrátok általános képlete Сn(H2O)m

Szénhidrátok - C m H 2 p O p összetételű anyagok, amelyek kiemelkedő biokémiai jelentőséggel bírnak, elterjedtek a vadon élő állatokban és fontos szerepet játszanak az emberi életben. A szénhidrátok minden növényi és állati szervezet sejtjeinek és szöveteinek részét képezik, és tömegüket tekintve a Föld szerves anyagának nagy részét alkotják. A szénhidrátok a növények szárazanyagának mintegy 80%-át, az állatok mintegy 20%-át teszik ki. A növények szervetlen vegyületekből - szén-dioxidból és vízből (CO 2 és H 2 O) - szénhidrátokat szintetizálnak.

A szénhidrát tartalékok glikogén formájában az emberi szervezetben hozzávetőleg 500 g, ennek nagy része (2/3) az izmokban, 1/3 a májban található. Az étkezések között a glikogén glükózmolekulákra bomlik, ami tompítja a vércukorszint ingadozását. A szénhidrátbevitel nélküli glikogénraktárak körülbelül 12-18 óra alatt kimerülnek. Ebben az esetben aktiválódik a szénhidrátok képződésének mechanizmusa a fehérje anyagcsere közbenső termékeiből. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szénhidrátok létfontosságúak a szövetek, különösen az agy energiaképződéséhez. Az agysejtek elsősorban a glükóz oxidációjából nyernek energiát.

A szénhidrátok fajtái

A szénhidrátok kémiai szerkezetük szerint osztályozhatók egyszerű szénhidrátok(monoszacharidok és diszacharidok) és összetett szénhidrátok (poliszacharidok).

Egyszerű szénhidrátok (cukrok)

A glükóz az összes monoszacharid közül a legfontosabb, mivel a legtöbb di- és poliszacharid szerkezeti egysége. Az anyagcsere során egyedi monoszacharidmolekulákká bomlanak le, amelyek többlépcsős kémiai reakciók során más anyagokká alakulnak, és végül szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak - a sejtek "üzemanyagaként" használják. A glükóz a szénhidrát-anyagcsere nélkülözhetetlen összetevője. Szintjének csökkenésével a vérben ill magas koncentrációés a használat ellehetetlenülése, mint a cukorbetegségnél, álmosság lép fel, eszméletvesztés (hipoglikémiás kóma) léphet fel.

A glükóz "tiszta formájában" monoszacharidként a zöldségekben és gyümölcsökben található. Különösen gazdag glükózban a szőlő - 7,8%, cseresznye, cseresznye - 5,5%, málna - 3,9%, eper - 2,7%, szilva - 2,5%, görögdinnye - 2,4%. A zöldségfélék közül a legtöbb glükóz a sütőtökben található - 2,6%, in fehér káposzta- 2,6%, sárgarépában - 2,5%.

A glükóz kevésbé édes, mint a leghíresebb diszacharid, a szacharóz. Ha a szacharóz édességét 100 egységnek vesszük, akkor a glükóz édessége 74 egység lesz.

A fruktóz az egyik leggyakoribb gyümölcsszénhidrát. A glükóztól eltérően az inzulin részvétele nélkül képes behatolni a vérből a szövetsejtekbe. Emiatt a fruktóz a legbiztonságosabb szénhidrátforrás a cukorbetegek számára. A fruktóz egy része bejut a májsejtekbe, amelyek egy univerzálisabb "üzemanyaggá" - glükózzá - alakítják, így a fruktóz képes növelni a vércukorszintet is, bár sokkal kisebb mértékben, mint más egyszerű cukrok. A fruktóz könnyebben alakul zsírrá, mint a glükóz. A fruktóz fő előnye, hogy 2,5-szer édesebb, mint a glükóz, és 1,7-szer édesebb, mint a szacharóz. Használata cukor helyett lehetővé teszi a teljes szénhidrátfogyasztás csökkentését.

Az élelmiszerekben található fruktóz fő forrásai a szőlő - 7,7%, alma - 5,5%, körte - 5,2%, cseresznye, cseresznye - 4,5%, görögdinnye - 4,3%, fekete ribizli - 4,2%, málna - 3,9%, eper - 2,4 %, dinnye - 2,0%. A zöldségfélékben a fruktóztartalom alacsony – a répa 0,1%-ától a fehér káposzta 1,6%-áig. A fruktóz a mézben található - körülbelül 3,7%. A szacharóznál jóval édesebb fruktóz bizonyítottan nem okoz fogszuvasodást, amit a cukorfogyasztás elősegít.

A galaktóz nem található szabad formában az élelmiszerekben. A glükózzal - laktózzal (tejcukorral) - a tej és tejtermékek fő szénhidrátjával diszacharidot képez.

A gasztrointesztinális traktusban a laktóz a laktáz enzim hatására glükózzá és galaktózzá bomlik le. Ennek az enzimnek a hiánya egyes embereknél tejintoleranciához vezet. Az emésztetlen laktóz jó tápanyag bél mikroflóra. Ugyanakkor bőséges gázképződés lehetséges, a gyomor "duzzad". NÁL NÉL fermentált tejtermékek a legtöbb laktóz tejsavvá fermentálódik, így a laktázhiányban szenvedők kellemetlen következmények nélkül tolerálják az erjesztett tejtermékeket. Emellett a fermentált tejtermékekben található tejsavbaktériumok gátolják a bél mikroflóra aktivitását és csökkentik a laktóz káros hatásait.

A laktóz lebontása során keletkező galaktóz a májban glükózzá alakul. A galaktózt glükózzá alakító enzim veleszületett, örökletes hiánya vagy hiánya esetén súlyos betegség alakul ki - galaktoszémia, amely mentális retardációhoz vezet.

A szacharóz egy diszacharid, amelyet glükóz és fruktóz molekulák alkotnak. A cukor szacharóz tartalma 99,5%. Hogy a cukor a „fehér halál”, az édes szerelmesek éppúgy tudják, mint a dohányosok, hogy egy csepp nikotin megöli a lovat. Sajnos mindkét közös igazság gyakrabban ad alkalmat viccekre, mintsem komoly elmélkedésre és gyakorlati következtetésekre.

A cukor gyorsan lebomlik a gyomor-bélrendszerben, a glükóz és a fruktóz felszívódik a vérbe, és energiaforrásként, valamint a glikogén és a zsírok legfontosabb előanyagaként szolgál. Gyakran "üres kalóriahordozónak" nevezik, mivel a cukor tiszta szénhidrát, és nem tartalmaz más tápanyagokat, például vitaminokat és ásványi sókat. A növényi termékek közül a legtöbb szacharózt a cékla - 8,6%, az őszibarack - 6,0%, a sárgadinnye - 5,9%, a szilva - 4,8%, a mandarin - 4,5%. A zöldségekben, a répa kivételével, jelentős szacharóztartalom figyelhető meg a sárgarépában - 3,5%. Más zöldségfélékben a szacharóztartalom 0,4 és 0,7% között mozog. Magán a cukoron kívül az élelmiszerekben található szacharóz fő forrásai a lekvár, a méz, az édességek, az édes italok, a fagylalt.

Amikor két glükózmolekula egyesül, maltóz képződik - malátacukor. Mézet, malátát, sört, melaszt és melasz hozzáadásával készült pék- és édesipari termékeket tartalmaz.

Összetett szénhidrátok

Az emberi élelmiszerekben előforduló összes poliszacharid, ritka kivételektől eltekintve, glükóz polimere.

A keményítő a fő emészthető poliszacharid. Az étellel elfogyasztott szénhidrátok akár 80%-át teszi ki.

A keményítő forrása az növényi termékek, főleg gabonafélék: gabonafélék, liszt, kenyér, valamint burgonya. A legtöbb keményítőt a gabonafélék tartalmazzák: a hajdina (mag) 60%-ától a rizs 70%-áig. A gabonafélék közül a legkevesebb keményítő a zabpehelyben és termékeiben található: zabpehely, "Hercules" zabpehely - 49%. A tészta 62-68% keményítőt tartalmaz, a rozslisztből készült kenyér fajtától függően 33-49%, a búzakenyér és egyéb búzalisztből készült termékek - 35-51%, a liszt - 56-tól (rozs) 68% (búza prémium). Sok keményítő és hüvelyesek- 40%-ról lencsében 44%-ra borsóban. Emiatt a száraz borsó, bab, lencse, csicseriborsó a hüvelyesek közé sorolható. A mindössze 3,5% keményítőt tartalmazó szójabab és a szójaliszt (10-15,5%) kiemelkedik. A burgonya magas keményítőtartalma (15-18%) miatt a dietológiában nem a zöldségfélék közé sorolják, ahol a fő szénhidrátok a monoszacharidok és a diszacharidok, hanem a gabonafélék és hüvelyesek mellett keményítőtartalmú élelmiszerek közé.

A csicsókában és néhány más növényben a szénhidrátokat fruktóz - inulin polimer formájában tárolják. Az inulin tartalmú élelmiszerek a cukorbetegség és különösen annak megelőzésére ajánlottak (emlékezzünk arra, hogy a fruktóz kevésbé terheli a hasnyálmirigyet, mint más cukrok).

A glikogén - "állati keményítő" - glükózmolekulák erősen elágazó láncaiból áll. Kis mennyiségben megtalálható állati eredetű termékekben (2-10% a májban, 0,3-1% az izomszövetben).

Magas szénhidráttartalmú ételek

A leggyakoribb szénhidrátok a glükóz, a fruktóz és a szacharóz, amelyek zöldségekben, gyümölcsökben és mézben találhatók. A laktóz a tej része. A finomított cukor fruktóz és glükóz vegyülete.

A glükóz központi szerepet játszik az anyagcsere folyamatokban. Energiaellátó olyan szervek számára, mint az agy, a vesék, és hozzájárul a vörösvértestek termeléséhez.

Az emberi szervezet nem képes túl nagy glükóztartalékokat előállítani, ezért rendszeres utánpótlásra van szüksége. De ez nem jelenti azt, hogy a glükózt tiszta formájában kell enni. Sokkal hasznosabb összetettebb szénhidrátvegyületek, például a zöldségekben, gyümölcsökben és gabonákban található keményítő részeként használni. Mindezek a termékek ráadásul a vitaminok, rostok, nyomelemek és egyebek igazi tárházát jelentik hasznos anyagok amelyek segítik a szervezetet számos betegség elleni küzdelemben. A poliszacharidoknak kell kitenniük a szervezetünkbe kerülő összes szénhidrát többségét.

A legfontosabb szénhidrátforrások

Az élelmiszerekből származó szénhidrát fő forrásai: kenyér, burgonya, tészta, gabonafélék, édességek. A nettó szénhidrát a cukor. A méz eredetétől függően 70-80% glükózt és fruktózt tartalmaz.

Az élelmiszerben lévő szénhidrátok mennyiségének jelzésére egy speciális kenyéregységet használnak.

Ezenkívül az emberi szervezet által rosszul emésztett rostok és pektinek a szénhidrátcsoporthoz csatlakoznak.

A szénhidrátokat a következőképpen használják:

gyógyszerek,

Füstmentes por (piroxilin) ​​előállításához,

robbanóanyag,

Mesterséges szálak (viszkóz).

A cellulóz nagy jelentőséggel bír az etil-alkohol előállításában.

AZ ANYAGCSERE ÉS ENERGIA ÉLETTANA. KIEGYENSÚLYOZOTT ÉTREND.

Előadásterv.

Az anyagcsere fogalma az állatok és az emberek szervezetében. Energiaforrások a szervezetben.

Az anyagcsere és az energia élettanának alapfogalmai és definíciói.

Módszerek az energia-anyagcsere tanulmányozására emberekben.

A koncepció racionális táplálkozás. Az élelmiszeradagok összeállításának szabályai.

Az anyagcsere fogalma az állatok és az emberek szervezetében. Energiaforrások a szervezetben.

Az emberi test egy nyitott termodinamikai rendszer, amelyet az anyagcsere és az energia jelenléte jellemez.

Anyagcsere és energia Az emberi szervezetben az anyagok és az energia átalakulásának, valamint a test és a környezet közötti anyag- és energiacserének fizikai, biokémiai és élettani folyamatainak összessége. Ezeket az emberi szervezetben lezajló folyamatokat számos tudomány vizsgálja: biofizika, biokémia, molekuláris biológia, endokrinológia és természetesen élettan.

Az anyagcsere és az energiacsere szorosan összefügg egymással, azonban a fogalmak leegyszerűsítése érdekében ezeket külön-külön vizsgáljuk.

Anyagcsere (anyagcsere)- a szervezetben végbemenő kémiai és fizikai átalakulások összessége, amelyek a külső környezettel összefüggésben biztosítják annak létfontosságú tevékenységét.

Az anyagcserében a folyamatok két irányát különböztetjük meg a szervezet szerkezetével kapcsolatban: az asszimilációt vagy anabolizmust és a disszimilációt vagy a katabolizmust.

Asszimiláció(anabolizmus) - az élő anyag létrehozására szolgáló folyamatok összessége. Ezek a folyamatok energiát fogyasztanak.

Disszimiláció(katabolizmus) - az élő anyag bomlási folyamatainak összessége. A disszimiláció eredményeként az energia újratermelődik.

Az állatok és az emberek élete az asszimilációs és disszimilációs folyamatok egysége. Ezeket a folyamatokat két rendszer köti össze:

ATP - ADP (ATP - adenozin-trifoszfát, ADP - adenozin-difoszfát;

NADP (oxidált) - NADP (redukált), ahol NADP - nikotin-amid-difoszfát.

Ezen vegyületek közvetítését az asszimilációs és disszimilációs folyamatok között az biztosítja, hogy az ATP és NADP molekulák univerzális biológiai energiafelhalmozóként, hordozójaként, a szervezet egyfajta "energiavalutájaként" működnek. Mielőtt azonban az energiát az ATP és NADP molekulákban raktároznák, ki kell vonni a táplálékkal a szervezetbe kerülő tápanyagokból. Ezeket a tápanyagokat Ön fehérjéknek, zsíroknak és szénhidrátoknak ismeri. Ezen túlmenően hozzá kell tenni, hogy a tápanyagok nemcsak energiaszolgáltatói funkciót töltenek be, hanem építőanyag-ellátó funkciót is (műanyag funkció) a sejtek, szövetek és szervek számára. A különböző tápanyagok szerepe a szervezet képlékeny- és energiaszükségletének megvalósításában nem egyforma. A szénhidrátok elsősorban energetikai funkciót töltenek be, a szénhidrátok képlékeny funkciója elenyésző. A zsírok egyformán látják el az energia és a képlékeny funkciókat. A fehérjék a szervezet fő építőanyagai, de bizonyos feltételek mellett energiaforrások is lehetnek.

Energiaforrások a szervezetben.

Mint fentebb említettük, a szervezet fő energiaforrásai a tápanyagok: szénhidrátok, zsírok és fehérjék. Az élelmiszerekben található energia felszabadulása az emberi szervezetben három szakaszban történik:

1. szakasz. A fehérjék aminosavakra, a szénhidrátok hexózokra, például glükózra vagy fruktózra, a zsírok glicerinre és zsírsavakra bomlanak. Ebben a szakaszban a szervezet főleg az anyagok lebontására fordít energiát.

2. szakasz. Az aminosavak, hexózok és zsírsavak a biokémiai reakciók során tej- és piroszőlősavvá, valamint acetil-koenzim A-vá alakulnak. Ebben a szakaszban a potenciális energia akár 30%-a is felszabadul az élelmiszerekből.

3. szakasz. A teljes oxidáció során minden anyag lebomlik CO 2 -vé és H 2 O-vá. Ebben a szakaszban a metabolikus Krebs kazánban az energia fennmaradó része, körülbelül 70%-a felszabadul. Ebben az esetben a felszabaduló energia nem halmozódik fel az ATP kémiai energiájában. Az energia egy része a környezetbe kerül. Ezt a hőt elsődleges hőnek (Q 1) nevezik. Az ATP által felhalmozott energiát tovább fordítják a szervezetben végzett különféle munkákra: mechanikai, elektromos, kémiai és aktív szállításra. Ebben az esetben az energia egy része elvész az úgynevezett másodlagos hő Q 2 formájában. Lásd az 1. ábrát.

Szénhidrát

biológiai oxidáció

H 2 O + CO 2 + K 1 + ATP

Gépészeti munka

+ K 2