2.7: Вуглеводи

Вступ: Вуглеводи

Вуглеводи виконують 2 основні функції: енергетичну і структурну. Як енергія, вони можуть бути простими для швидкого використання або складними для зберігання. Прості цукру - це мономери, які називаються моносахаридами. Вони легко приймаються в клітини і використовуються відразу для отримання енергії. Найважливішим моносахаридом є глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆), так як вона є кращим джерелом енергії для клітин. Перетворення цієї хімічної речовини в клітинну енергію можна описати рівнянням нижче:

С ₆ Н ₁₂ О ₆ (с) + 6 О ₂ (г) → 6 СО ₂ (г) + 6 Н ₂ О (л) + енергія

Довгі полімери вуглеводів називаються полісахаридами і не легко приймаються в клітини для використання в якості енергії. Вони використовуються часто для накопичення енергії. Прикладами молекул накопичення енергії є амілоза, або крохмаль, (рослини) і глікоген (тварини). Деякі полісахариди настільки довгі і складні, що їх використовують для таких структур, як целюлоза в клітинних стінках рослин. Целюлоза дуже велика і практично не засвоюється, що робить її непридатною в якості легкодоступного джерела енергії для клітин.

Вуглеводи: Вуглеводи складаються з одиниць цукру, які називаються -сахаридами.

Багато моносахариди, такі як глюкоза та фруктоза, є редукуючими цукрами , що означає, що вони мають вільний альдегід або кетонові групи, які зменшують слабкі окислювачі, такі як мідь в реагенті Бенедикта . Подвійний зв'язок в карбонільної групі є джерелом електронів, які можуть бути пожертвувані на щось інше. Тобто ці електрони можуть бути «втрачені» цукром і «отримані» іншою хімічною речовиною. Реагент Бенедикта містить іон міді (міді) в комплексі з цитратом в лужному розчині. Тест Бенедикта ідентифікує редукуючі цукри на основі їх здатності зменшувати іони міді (Cu ²⁺) до оксиду міді (Cu ⁺) при основному (високому) рН. Оксид міді від зеленого до червонувато-оранжевого кольору. Грубо кажучи, редукція - це різновид хімічної реакції, яка поєднується з окисленням. У реакціях окислення/відновлення (RedOx) деякі хімічні речовини втрачають електрони (окислюються) до іншої хімічної речовини, яка отримує їх (відновлюється). Ми пам'ятаємо, чи зменшується або отримується сполукою за допомогою легеневої: LEO йде GER або L втрата електронів Е - це окислення O & G біль Е електрони - це зменшення ІЧ.

Моносахариди містять карбонільну групу. Карбоніл є джерелом електронів (подвійний зв'язок на кисні). Ці електрони можуть бути пожертвані (або втрачені та окислені) для зменшення іншої сполуки (яка отримує ці електрони).

Глюкоза є кращим вуглеводом клітин. У розчині він може змінюватися від лінійного ланцюга до кільця.

Моносахариди здатні до ізомеризації. Це означає, що вони чергуються за структурою від лінійного ланцюга до кільцевої форми в розчині. У ланцюговому вигляді альдегід може вільно жертвувати (втрачати) електрони для зменшення іншої сполуки. Коли моносахариди проходять синтез зневоднення з утворенням полімерів, вони більше не можуть ізомеризуватися в ланцюги з вільними альдегідами і не можуть діяти як редукуючі цукри. Зелений колір вказує на невелику кількість редукуючих цукрів, а червонувато-оранжевий колір свідчить про велику кількість редукуючих цукрів. Нередукуючі цукру не виробляють зміни кольору (тобто розчин залишається синім).

Примітка: Cu ²⁺ має менше електронів, ніж Cu ⁺.

Коли моносахариди проходять синтез зневоднення з утворенням полімерів, вони більше не можуть ізомеризуватися в ланцюги з вільними альдегідами і не можуть діяти як редукуючі цукри. Зелений колір вказує на невелику кількість редукуючих цукрів, а червонувато-оранжевий колір свідчить про велику кількість редукуючих цукрів. Нередукуючі цукру не виробляють зміни кольору (тобто розчин залишається синім).

Структурні вуглеводи

У їжі більш складні вуглеводи отримують з більших полісахаридів. Ці більші вуглеводи досить нерозчинні у воді. Харчові волокна - це назва, яку дають неперетравлювані матеріали в їжі, найчастіше отримані з складних вуглеводів з рослинного матеріалу. Деяка частина цього матеріалу служить рослинам структурною складовою клітин і є абсолютно нерозчинною. Целюлоза є основним структурним вуглеводом, що міститься в стінках клітин рослин. Так само тварини та гриби мають структурні вуглеводи, які складаються з неперетравлюваного з'єднання, званого хітином. Ми не будемо тестувати ці предмети.

Клітковина - складний вуглевод молекул глюкози. Це основний структурний компонент клітинних стінок рослин. Це 'структурна міцність підвищується внутрішньомолекулярними водневими зв'язками.

Хітин - структурний вуглевод, який міститься в оболонках тварин або клітинних стінках грибів. Полімер містить амідні групи, які відрізняють його від інших вуглеводів, що складаються з глюкози.

Цикада линяє зі своєї оболонки з хітину.

Перевірте свої знання

• http://www.visionlearning.com/en/library/Biology/2/Carbohydrates/61/quiz

Виявлення вуглеводів (активність)

Матеріали:

картопляний сік яблучний сік проба сечі 1 проба сечі 2 відновлюючий розчин цукру розчин крохмалю Реагент Бенедикта

Розчин сахарози розчини глюкози дистильована вода конфорки мензурки води пробірки стійка для пробірки

Зупиніться і подумайте

• Використовуйте свої почуття та попередні спостереження/досвід щодо якостей експерименталів.
• Сформулюйте деякі гіпотези про вміст вуглеводів в експериментах або невідомих.
  • Визначте, чи є зразок експериментальним або контрольним, перш ніж робити гіпотезу.

Питання: Чи є прості відновлювальні цукру в моєму соку? Чи є прості відновлювальні цукру в моїй сечі?

Цукровий діабет - це захворювання, яке відноситься до нездатності клітин приймати глюкозу. Слово діабет відноситься до сечовипускання, а цукровий - солодкість. Оскільки клітини діабетиків не можуть вивести глюкозу з крові, існує надлишок глюкози, що циркулює, яка виводиться з сечею. Традиційним методом діагностики когось із цукровим діабетом було скуштувати солодкість сечі пацієнта. Давайте використаємо тест Бенедикта для процесу виявлення замість негігієнічної альтернативи.

Складіть гіпотезу і запитайте, що б ми передбачили з тесту Бенедикта, якщо тестуєте зразок сечі когось із цукровим діабетом.

Тест Бенедикта для відновлення цукрів

1. Отримати 9 пробірки і пронумерувати їх 1-9.
2. Додайте до кожної трубки матеріали, що підлягають випробуванню. Ваш інструктор може попросити вас перевірити деякі додаткові матеріали. Якщо так, включіть додаткові пронумеровані пробірки.
3. Вкажіть в таблиці, чи є зразок, який ви перевіряєте, позитивним контролем, негативним або експериментальним.
4. Перед тим як почати нагрівання зразків, передбачте зміну кольору (якщо є) для кожного зразка. (використовуйте тип вибірки, щоб допомогти у вашому прогнозуванні)
5. Додайте по 40 крапель (або 2 мл) розчину Бенедикта в кожен тюбик.
6. Помістіть всі трубочки на киплячу водяну баню на 3 хв або до помітної зміни кольору і спостерігайте за кольорами протягом цього часу.
7. Через 3 хвилини зніміть трубочки з водяної бані і дайте їм охолонути до кімнатної температури. Запишіть колір їх вмісту в табл.

Йодний тест на крохмаль

Вуглеводи, які використовуються для зберігання енергії, не є відновними цукрами, оскільки вони є полімерами, яким не вистачає вільних альдегідів. Рослинні клітини зберігають енергію у вигляді крохмалів на кшталт амілози або пектину. Оскільки ці молекули більше моносахаридів або дисахаридів, вони не солодкі на смак і не дуже розчинні у воді. Йод (йод-калію йодид, I ₂ KI) фарбування відрізняє крохмаль від моносахаридів, дисахаридів, інших полісахаридів. Основою цього тесту є те, що крохмаль являє собою згорнутий полімер глюкози — йод взаємодіє з цими згорнутими молекулами і стає синювато-чорним. Йод не вступає в реакцію з іншими вуглеводами, які не згортаються і залишається жовтувато-коричневим кольором. Тому синювато-чорний колір - позитивний тест на крохмаль, а жовтувато-коричневий колір (тобто відсутність зміни кольору) - негативний тест на крохмаль. Примітно, що глікоген, загальний полісахарид накопичення енергії у тварин, має дещо іншу структуру, ніж крохмаль, і виробляє лише проміжну колірну реакцію.

Рослини зберігають вуглеводи як простий повторюваний полімер глюкози під назвою крохмаль. Амілоза - це різновид крохмалю. Тваринні клітини зберігають глюкозу в полімері для зберігання, який називається глікогеном, який трохи складніший, ніж амілоза.

Діяльність: Йодний тест на крохмаль

1. Отримати 7 пробірки і пронумерувати їх 1-7.
2. Тестування гіпотез: Вкажіть в таблиці, якщо зразок є експериментальним або контрольним. Прогнозуйте очікувані зміни кольору для кожного зразка.
3. Додайте до кожної трубки матеріали, що підлягають випробуванню, як зазначено в таблиці нижче. Ваш інструктор може попросити вас перевірити деякі додаткові матеріали. Якщо так, включіть додаткові пронумеровані пробірки.
4. Додайте в кожен тюбик по 10 крапель йоду. Цей тест НЕ вимагає кип'ятіння.
5. Запишіть колір вмісту труб у наведеній нижче таблиці.

Питання для роздумів

1. У тесті Бенедикта, яке з рішень є позитивним контролем? Що таке негативний контроль?

2. Що таке відновлюючий цукор, сахароза або глюкоза?

3. Що містить більше редукуючих цукрів, картопляного соку або цибулевого соку?

4. Чи є різниця між зберіганням цукрів в цибулі і картоплі?

5. Який зразок пацієнта, ймовірно, надходить від пацієнта з діабетом і як ми це знаємо?

6. У тесті на йод який з розчинів є позитивним контролем? Що таке негативний контроль?

7. Що позитивніше для тесту на йод: цибульний сік або сік картоплі?

8. Що можна зробити висновок про зберігання вуглеводів в цибулі? У картоплі?

9. Охарактеризуйте напівреакцію Cu ²⁺ → Cu ⁺ як окислення або відновлення.

10. Охарактеризуйте напівреакцію Cu ⁺ →Cu як окислення або відновлення.