Koolhydraten zijn onoplosbaar in water. Oplosbare koolhydraten en ruwe celstof in voer. Soorten eenvoudige en complexe koolhydraten en hun bronnen

fungeren als de belangrijkste energiebron. Het lichaam haalt ongeveer 60% van zijn energie uit koolhydraten, de rest uit eiwitten en vetten. Koolhydraten komen vooral voor in voedingsmiddelen van plantaardige oorsprong.

Afhankelijk van de complexiteit van hun structuur, oplosbaarheid en snelheid van absorptie, worden koolhydraten in voedingsproducten onderverdeeld in:

eenvoudige koolhydraten- monosachariden (glucose, fructose, galactose), disachariden (sucrose, lactose);

complexe koolhydraten- polysachariden (zetmeel, glycogeen, pectine, vezels).

Simpele koolhydraten lossen gemakkelijk op in water en worden snel opgenomen. Ze hebben een uitgesproken zoete smaak en worden geclassificeerd als suikers.

Simpele koolhydraten. Monosachariden.
Monosachariden zijn de snelste en hoogste kwaliteit energiebron voor processen die in de cel plaatsvinden.

Glucose- de meest voorkomende monosacharide. Het wordt aangetroffen in veel fruit en bessen, en wordt ook in het lichaam gevormd als gevolg van de afbraak van disachariden en zetmeel in voedsel. Glucose wordt het snelst en gemakkelijkst in het lichaam gebruikt om glycogeen te vormen, om hersenweefsel te voeden, om de spieren (waaronder de hartspier) te laten werken, om de vereiste bloedsuikerspiegel op peil te houden en om leverglycogeenreserves aan te leggen. In alle gevallen kan glucose bij grote fysieke belasting als energiebron worden gebruikt.

Fructose heeft dezelfde eigenschappen als glucose en kan worden beschouwd als een waardevolle, licht verteerbare suiker. Het wordt echter langzamer opgenomen in de darmen en gaat snel naar het bloed bloedstroom. Fructose wordt in een aanzienlijke hoeveelheid (tot 70 - 80%) in de lever vastgehouden en veroorzaakt geen oververzadiging van het bloed met suiker. In de lever wordt fructose gemakkelijker omgezet in glycogeen dan glucose. Fructose wordt beter opgenomen dan sucrose en is zoeter. Door de hoge zoetheid van fructose kunt u kleinere hoeveelheden gebruiken om de vereiste zoetheid in producten te bereiken en zo de totale consumptie van suikers te verminderen, wat belangrijk is bij het samenstellen van een caloriebeperkt dieet. De belangrijkste bronnen van fructose zijn fruit, bessen en zoete groenten.

De belangrijkste voedselbronnen van glucose en fructose zijn honing: het glucosegehalte bereikt 36,2%, fructose - 37,1%. In watermeloenen wordt alle suiker vertegenwoordigd door fructose, waarvan de hoeveelheid 8% is. Fructose overheerst in pitvruchten, en glucose overheerst in steenvruchten (abrikozen, perziken, pruimen).

Galactose Het is een product van de afbraak van het belangrijkste koolhydraat in melk: lactose. Galactose wordt niet in vrije vorm aangetroffen in voedingsproducten.

Simpele koolhydraten. Disachariden.
Van de disachariden in de menselijke voeding is sucrose van primair belang, dat bij hydrolyse wordt afgebroken tot glucose en fructose.

Sucrose. Het belangrijkste voedselbron zijn riet- en bietsuiker. Het sucrosegehalte in kristalsuiker is 99,75%. Natuurlijke bronnen van sucrose zijn meloenen, sommige groenten en fruit. Eenmaal in het lichaam ontleedt het gemakkelijk in monosachariden. Maar dit is mogelijk als we rauw bieten- of suikerrietsap consumeren. Gewone suiker bevat veel meer moeilijk proces assimilatie.

Het is belangrijk! Een teveel aan sucrose beïnvloedt het vetmetabolisme, waardoor de vetvorming toeneemt. Het is vastgesteld dat bij een overmatige inname van suiker de omzetting van alle voedingsmiddelen in vet toeneemt. voedingsstoffen(zetmeel, vet, voedsel, gedeeltelijk en eiwit). Zo kan de hoeveelheid binnenkomende suiker tot op zekere hoogte dienen als een factor die het vetmetabolisme reguleert. Overmatige suikerconsumptie leidt tot verstoring van het cholesterolmetabolisme en een verhoging van het niveau ervan in het bloedserum. Overtollige suiker heeft een negatieve invloed op de functie van de darmmicroflora. Tegelijkertijd neemt het soortelijk gewicht van bederfelijke micro-organismen toe, neemt de intensiteit van bederfelijke processen in de darmen toe en ontwikkelt zich winderigheid. Er is vastgesteld dat deze tekortkomingen zich in de minste mate manifesteren bij de consumptie van fructose.

Lactose (melksuiker)- het belangrijkste koolhydraat van melk en zuivelproducten. De rol ervan is zeer belangrijk in de vroege kinderjaren, wanneer melk het belangrijkste voedingsproduct is. Bij afwezigheid of vermindering van het lactose-enzym, dat lactose afbreekt tot glucose en galactose, treedt melkintolerantie op in het maag-darmkanaal.

Complexe koolhydraten. Polysachariden.
Complexe koolhydraten, of polysachariden, worden gekenmerkt door een complexe moleculaire structuur en een slechte oplosbaarheid in water. Complexe koolhydraten omvatten zetmeel, glycogeen, pectine en vezels.

Maltose (moutsuiker)- een tussenproduct van de afbraak van zetmeel en glycogeen in het maag-darmkanaal. In vrije vorm in voedingsproducten wordt het aangetroffen in honing, mout, bier, melasse en gekiemde granen.

Zetmeel- de belangrijkste leverancier van koolhydraten. Het wordt gevormd en hoopt zich op in de bladgroenkorrels van de groene delen van de plant in de vorm van kleine korrels, van waaruit het door hydrolyseprocessen verandert in in water oplosbare suikers, die gemakkelijk door de celmembranen worden getransporteerd en zo andere delen van het lichaam binnendringen. de plant, zaden, wortels, knollen en andere. In het menselijk lichaam wordt zetmeel uit rauwe planten geleidelijk afgebroken tot spijsverteringskanaal, terwijl het bederf in de mond begint. Speeksel in de mond zet het gedeeltelijk om in maltose. Dit is de reden waarom het goed kauwen van voedsel en het bevochtigen met speeksel uitzonderlijke voordelen heeft. belangrijk. Probeer vaker voedingsmiddelen te gebruiken die natuurlijke glucose, fructose en sucrose bevatten in uw dieet. De grootste hoeveelheid suiker wordt aangetroffen in groenten, fruit en gedroogd fruit, evenals in gekiemde granen.

Zetmeel heeft de belangrijkste voedingswaarde. Het hoge gehalte wordt grotendeels bepaald door de voedingswaarde graanproducten. Zetmeel is goed voor ongeveer 80% van de menselijke voeding totaal aantal koolhydraten geconsumeerd. De omzetting van zetmeel in het lichaam is vooral gericht op het bevredigen van de behoefte aan suiker.

Glycogeen in het lichaam wordt het gebruikt als energiemateriaal om werkende spieren, organen en systemen aan te drijven. Het herstel van glycogeen vindt plaats door de hersynthese ervan, ten koste van glucose.

Pectines verwijzen naar oplosbare stoffen die in het lichaam worden opgenomen. Modern onderzoek heeft het onbetwiste belang van pectinestoffen in de voeding van een gezond persoon aangetoond, evenals de mogelijkheid om ze voor therapeutische doeleinden te gebruiken bij sommige ziekten, voornamelijk van het maag-darmkanaal.

Cellulose Door chemische structuur zeer dicht bij polysachariden. Graanproducten kenmerken zich door een hoog vezelgehalte. Naast de totale hoeveelheid vezels is echter de kwaliteit ervan belangrijk. Minder grove, delicate vezels worden in de darmen gemakkelijk afgebroken en worden beter opgenomen. Vezels uit aardappelen en groenten hebben deze eigenschappen. Vezels helpen cholesterol uit het lichaam te verwijderen.

De behoefte aan koolhydraten wordt bepaald door de hoeveelheid energieverbruik. Gemiddelde behoefte aan koolhydraten voor mensen die niet zwaar tillen fysieke arbeid, 400 - 500 g per dag. Bij atleten, naarmate de intensiteit en ernst toenemen fysieke activiteit de behoefte aan koolhydraten neemt toe en kan oplopen tot 800 gram per dag.

Het is belangrijk! Het vermogen van koolhydraten om een ​​zeer efficiënte energiebron te zijn ligt ten grondslag aan hun eiwitsparende werking. Als er voldoende koolhydraten uit de voeding worden gehaald, zijn dat alleen aminozuren kleine graad in het lichaam gebruikt als energiemateriaal. Hoewel koolhydraten geen essentiële voedingsfactoren zijn en in het lichaam kunnen worden gevormd uit aminozuren en glycerol, mag de minimale hoeveelheid koolhydraten in de dagelijkse voeding niet lager zijn dan 50 - 60 g om ketose te voorkomen, een zure toestand van het bloed die zich kan ontwikkelen. als koolhydraten worden gebruikt voor de energieproductie, voornamelijk voor de vetreserves. Een verdere vermindering van de hoeveelheid koolhydraten leidt tot ernstige verstoringen van de stofwisselingsprocessen.

Het eten van te veel koolhydraten, meer dan het lichaam kan omzetten in glucose of glycogeen, resulteert in obesitas. Wanneer het lichaam meer energie nodig heeft, wordt vet weer omgezet in glucose en neemt het lichaamsgewicht af. Bij het creëren van voedselrantsoenen is het uiterst belangrijk om niet alleen aan de menselijke behoeften te voldoen benodigde hoeveelheid koolhydraten, maar ook ophalen optimale verhoudingen kwalitatief verschillende soorten koolhydraten. Het is van het grootste belang om rekening te houden met de verhouding in de voeding van licht verteerbare koolhydraten (suikers) en langzaam opneembare koolhydraten (zetmeel, glycogeen).

Wanneer aanzienlijke hoeveelheden suikers uit voedsel worden gehaald, kunnen ze niet volledig worden opgeslagen als glycogeen en wordt het teveel ervan omgezet in triglyceriden, wat een verhoogde ontwikkeling van vetweefsel bevordert. Verhoogde inhoud Insuline in het bloed helpt dit proces te versnellen, omdat insuline een krachtig stimulerend effect heeft op de vetafzetting.

In tegenstelling tot suikers worden zetmeel en glycogeen in de darmen langzaam afgebroken. De bloedsuikerspiegel stijgt geleidelijk. In dit opzicht is het raadzaam om de koolhydraatbehoefte voornamelijk te bevredigen door middel van langzaam opneembare koolhydraten. Ze zouden 80 - 90% van de totale hoeveelheid geconsumeerde koolhydraten moeten uitmaken. Het beperken van licht verteerbare koolhydraten is van bijzonder belang voor mensen die lijden aan atherosclerose, hart- en vaatziekten, suikerziekte, zwaarlijvigheid.

Het zou geweldig zijn als u een reactie schrijft:

Lipiden. Koolhydraten.

Behalve anorganische stoffen en hun ionen bestaan ​​alle cellulaire structuren ook uit organische verbindingen - eiwitten, lipiden, koolhydraten en nucleïnezuren.

Koolhydraten en lipiden.

Koolhydraten (suikers) zijn bio-organische verbindingen van koolstof en water die deel uitmaken van alle levende organismen: de algemene formule is Cn (H2O)n.

Wateroplosbare koolhydraten.

Monosachariden:

glucose is de belangrijkste energiebron voor cellulaire ademhaling;

fructose is een bestanddeel van bloemennectar en vruchtensappen;

ribose en deoxyribose zijn structurele elementen van nucleotiden, die monomeren zijn van RNA en DNA;

Disachariden :

sucrose (glucose + fructose) is het belangrijkste product van fotosynthese dat in planten wordt getransporteerd;

lactose (glucose-H-galactose) - maakt deel uit van zoogdiermelk;

maltose (glucose + glucose) is een energiebron in ontkiemende zaden.

Functies van oplosbare koolhydraten: transport, bescherming, signalering, energie.

In water onoplosbare koolhydraten:

Zetmeel is een mengsel van twee polymeren: amylose en amylopectine. Een vertakt spiraalvormig molecuul dat dient als reservestof in plantenweefsels;

Cellulose (vezel) is een polymeer dat bestaat uit verschillende rechte parallelle ketens die met elkaar zijn verbonden door waterstofbruggen. Deze structuur voorkomt het binnendringen van water en zorgt voor de stabiliteit van de cellulosemembranen van plantencellen;

Chitine is het belangrijkste structurele element van het omhulsel van geleedpotigen en de celwanden van schimmels;

Glycogeen is een opslagstof dierlijke cel. Het monomeer is a-glucose.

Functies van onoplosbare koolhydraten: structureel, opslag, energie, beschermend.

Lipiden- organische verbindingen, waarvan de meeste esters van glycerol en vetzuren zijn.

Onoplosbaar in water, maar oplosbaar in niet-polaire oplosmiddelen. Aanwezig in alle cellen. Lipiden bestaan ​​uit waterstof-, zuurstof- en koolstofatomen.

Soorten lipiden: vetten, wassen, fosfolipiden, steroïden.

Functies van lipiden :

Opslag - vetten worden opgeslagen in de weefsels van gewervelde dieren;

Energie - de helft van de energie die wordt verbruikt door de cellen van gewervelde dieren in rust wordt gevormd als gevolg van vetoxidatie. Vetten worden ook gebruikt als bron van water

Beschermend – de onderhuidse vetlaag beschermt het lichaam tegen mechanische schade;

Structureel - fosfolipiden maken deel uit van celmembranen;

Thermische isolatie - onderhuids vet helpt warmte vast te houden;

Elektrisch isolerend - myeline afgescheiden door Schwann-cellen isoleert sommige neuronen, wat de overdracht van zenuwimpulsen vele malen versnelt;

Voedingswaarde - Galzuren en vitamine D worden gevormd uit steroïden;

Smerend - was bedekt de huid, vacht, veren en beschermt ze tegen water. De bladeren van veel planten zijn bedekt met een wasachtige coating; was wordt gebruikt bij de constructie van honingraten;

Hormonaal - bijnierhormoon - cortison - en geslachtshormonen zijn van lipide-aard. Hun moleculen bevatten geen vetzuren.

Koolhydraten zijn organische verbindingen die voornamelijk uit drie chemische elementen bestaan: koolstof, waterstof en zuurstof, hoewel een aantal koolhydraten ook stikstof of zwavel bevatten. De algemene formule van koolhydraten is C m (H 2 0) n. Ze zijn onderverdeeld in eenvoudige en complexe koolhydraten.

Simpele koolhydraten(monosacchariden) bevatten één enkel suikermolecuul dat niet in eenvoudigere kan worden opgesplitst. Dit kristallijne stoffen, zoet van smaak en zeer oplosbaar in water. Monosachariden spelen een actieve rol in het celmetabolisme en maken deel uit van complexe koolhydraten - oligosachariden en polysachariden.

Monosachariden worden geclassificeerd op basis van het aantal koolstofatomen (C 3 -C 9), bijvoorbeeld: pentosen(C5) en hexosen(C6). Pentosen omvatten ribose en deoxyribose. Ribose maakt deel uit van RNA en ATP. Deoxyribose is een onderdeel van DNA. Hexosen (C 6 H 12 0 6) zijn glucose, fructose, galactose, enz.

Glucose (druiven suiker) (Fig. 2.7) wordt in alle organismen aangetroffen, inclusief menselijk bloed, omdat het een energiereserve is. Het maakt deel uit van veel complexe suikers: sucrose, lactose, maltose, zetmeel, cellulose, enz.

Fructose(fruitsuiker) wordt in de hoogste concentraties aangetroffen in fruit, honing en suikerbietwortels. Het speelt niet alleen een actieve rol in metabolische processen, maar maakt ook deel uit van sucrose en sommige polysachariden, zoals insuline.

De meeste monosachariden zijn in staat een “zilverenspiegel”-reactie te geven en koper te reduceren wanneer ze felingvloeistof (een mengsel van oplossingen van koper (II) sulfaat en kaliumnatriumtartraat) toevoegen en koken.

NAAR oligosachariden omvatten koolhydraten gevormd door verschillende monosacharideresiduen. Ze zijn over het algemeen ook goed oplosbaar in water en hebben een zoete smaak. Afhankelijk van het aantal van deze residuen worden disachariden onderscheiden (twee residuen),

Rijst. 2.7. Structuur van het glucosemolecuul

trisachariden (drie), enz. Disachariden omvatten sucrose, lactose, maltose, enz.

Sucrose(biet- of rietsuiker) bestaat uit resten van glucose en fructose (Fig. 2.8) en wordt aangetroffen in de opslagorganen van sommige planten. Vooral in de wortelgewassen van suikerbieten en suikerriet zit veel sucrose, waar ze industrieel worden gewonnen. Het dient als maatstaf voor de zoetheid van koolhydraten.

Lactose, of melksuiker, gevormd door resten van glucose en galactose, aangetroffen in moeder- en koemelk.

Maltose(moutsuiker) bestaat uit twee glucose-eenheden. Het wordt gevormd tijdens de afbraak van polysachariden in plantenzaden en spijsverteringssysteem mens, gebruikt bij de productie van bier.

Polysachariden zijn biopolymeren waarvan de monomeren mono- of disacharideresiduen zijn. De meeste polysachariden zijn onoplosbaar in water en hebben een ongezoete smaak. Deze omvatten zetmeel, glycogeen, cellulose en chitine.

Zetmeel- dit is een witte poederachtige substantie die niet door water wordt bevochtigd, maar ontstaat tijdens het brouwen heet water suspensie - pasta. In werkelijkheid bestaat zetmeel uit twee polymeren: het minder vertakte amylose en het meer vertakte amylopectine (Fig. 2.9). Het monomeer van zowel amylose als amylopectine is glucose. Zetmeel is de belangrijkste opslagsubstantie van planten, die zich in grote hoeveelheden ophoopt in zaden, fruit, knollen, wortelstokken en andere opslagorganen van planten. Een kwalitatieve reactie op zetmeel is een reactie met jodium, waarbij het zetmeel blauwviolet kleurt.

Glycogeen(dierlijk zetmeel) is een reservepolysacharide van dieren en schimmels, die zich bij mensen in de grootste hoeveelheden ophoopt in de spieren en de lever. Het is ook onoplosbaar in water en smaakt niet zoet. Het monomeer van glycogeen is glucose. Vergeleken met zetmeelmoleculen zijn glycogeenmoleculen nog meer vertakt.

Cellulose, of cellulose,- het belangrijkste ondersteunende polysacharide van planten. Het monomeer van cellulose is glucose (Fig. 2.10). Onvertakte cellulosemoleculen vormen bundels die deel uitmaken van de celwanden van planten en sommige schimmels. Cellulose is de basis van hout en wordt gebruikt in de bouw, bij de productie van textiel, papier, alcohol en veel organische stoffen. Cellulose is chemisch inert en lost niet op in zuren of alkaliën. Het wordt ook niet afgebroken door enzymen in het menselijke spijsverteringsstelsel, maar de vertering ervan wordt vergemakkelijkt door bacteriën in de dikke darm. Bovendien stimuleren vezels de samentrekkingen van de wanden van het maag-darmkanaal, waardoor de werking ervan wordt verbeterd.

Chitine is een polysacharide waarvan het monomeer een stikstofhoudend monosacharide is. Het maakt deel uit van de celwanden van schimmels en geleedpotige schelpen. Het menselijke spijsverteringsstelsel mist ook het enzym voor het verteren van chitine; sommige bacteriën hebben dit wel.

Functies van koolhydraten. Koolhydraten vervullen plastische (constructie), energie-, opslag- en ondersteunende functies in de cel. Ze vormen de celwanden van planten en schimmels. De energiewaarde van de afbraak van 1 g koolhydraten is 17,2 kJ. Glucose, fructose, sucrose, zetmeel en glycogeen zijn opslagstoffen. Koolhydraten kunnen ook deel uitmaken van complexe lipiden en eiwitten, waardoor glycolipiden en glycoproteïnen worden gevormd, vooral in celmembranen. Niet minder belangrijk is de rol van koolhydraten bij de intercellulaire herkenning en perceptie van signalen uit de externe omgeving, omdat ze functioneren als receptoren als onderdeel van glycoproteïnen.

Lipiden is een chemisch heterogene groep stoffen met een laag molecuulgewicht en hydrofobe eigenschappen. Deze stoffen zijn onoplosbaar in water en vormen daarin emulsies, maar zijn zeer oplosbaar in organische oplosmiddelen. Lipiden voelen vettig aan en velen laten karakteristieke, niet-uitdrogende vlekken achter op papier. Samen met eiwitten en koolhydraten vormen ze een van de belangrijkste componenten van cellen. Het gehalte aan lipiden in verschillende cellen is niet hetzelfde; er zit vooral veel van in de zaden en vruchten van sommige planten, in de lever, het hart en het bloed.

Afhankelijk van de structuur van het molecuul worden lipiden onderverdeeld in eenvoudig En complex. NAAR eenvoudig Lipiden omvatten neutrale lipiden (vetten), was, sterolen en steroïden. Complex lipiden bevatten ook een andere, niet-lipidecomponent. De belangrijkste daarvan zijn fosfolipiden, glycolipiden, enz.

Vetten zijn derivaten van de driewaardige alcohol, glycerol en hogere vetzuren (Fig. 2.11). De meeste vetzuren bevatten 14-22 koolstofatomen. Onder hen zijn er zowel verzadigde als onverzadigde, dat wil zeggen dubbele bindingen. De meest voorkomende verzadigde vetzuren zijn palmitinezuur en stearinezuur, en de meest voorkomende onverzadigde vetzuren zijn oliezuur. Sommige onverzadigd vetzuur worden niet of in onvoldoende hoeveelheden in het menselijk lichaam gesynthetiseerd en zijn daarom onvervangbaar. Glycerolresiduen vormen hydrofiele ‘koppen’ en vetzuurresiduen vormen ‘staarten’.

Vetten vervullen voornamelijk een opslagfunctie in cellen en dienen als energiebron. Ze zijn rijk aan onderhuids vetweefsel, dat schokabsorberende en thermische isolatiefuncties vervult, en bij waterdieren ook het drijfvermogen verhoogt. Plantaardige vetten bevatten veelal onverzadigde vetzuren, waardoor ze vloeibaar zijn en heten oliën. Oliën zitten in de zaden van veel planten, zoals zonnebloemen, sojabonen, koolzaad, enz.

Wassen- Dit zijn complexe mengsels van vetzuren en vetalcoholen. Bij planten vormen ze een film op het bladoppervlak, die beschermt tegen verdamping, het binnendringen van ziekteverwekkers, enz. Bij een aantal dieren bedekken ze het lichaam of dienen ze om honingraten te bouwen.

NAAR sterolen Dit omvat een lipide zoals cholesterol, een essentieel onderdeel van celmembranen, en steroïden – de geslachtshormonen estradiol, testosteron, enz.

Fosfolipiden, naast glycerol- en vetzuurresiduen bevatten ze een orthofosforzuurresidu. Ze maken deel uit van celmembranen en zorgen voor hun barrière-eigenschappen.

Glycolipiden zijn ook componenten van membranen, maar hun inhoud is daar klein. Het niet-lipidegedeelte van glycolipiden zijn koolhydraten.

Functies van lipiden. Lipiden vervullen plastische (constructie-), energie-, opslag-, beschermende en regulerende functies in de cel; bovendien zijn ze oplosmiddelen voor een aantal vitamines. Het is een essentieel onderdeel van celmembranen. Wanneer 1 g lipiden wordt afgebroken, komt er 38,9 kJ aan energie vrij. Ze worden opgeslagen in verschillende organen van planten en dieren. Bovendien beschermt onderhuids vetweefsel interne organen door onderkoeling of oververhitting, maar ook door shock. Regulerende functie lipiden is te wijten aan het feit dat sommige ervan hormonen zijn.

Noem wateroplosbare koolhydraten. Welke structurele kenmerken van hun moleculen zorgen voor de eigenschap van oplosbaarheid?

1. Koolhydraten (synoniemen: glyciden, gluciden, sacchariden, suikers)
   een uitgebreide, meest wijdverspreide klasse van organische verbindingen op aarde die deel uitmaken van de cellen van alle organismen en absoluut noodzakelijk zijn voor hun leven. Koolhydraten zijn de belangrijkste producten van fotosynthese. In alle levende cellen spelen U. en hun derivaten de rol van plastic en structuurmateriaal, leverancier van energie, substraten en toezichthouders van vitale cellen. biochemische processen. Kwalitatieve of kwantitatieve verandering in de inhoud van verschillende U. in bloed, urine en andere biologische vloeistoffen persoon is informatief diagnostisch teken overtredingen Koolhydraat metabolisme, die erfelijk van aard zijn of secundair zijn ontwikkeld als gevolg van verschillende pathologische aandoeningen. In de menselijke voeding vormen vitamines, samen met eiwitten en vetten, een van de belangrijkste groepen voedingsstoffen (zie Voeding). De term koolhydraten (koolstof + water) werd in 1844 voorgesteld door S. Schmidt, omdat de toen bekende formules van de vertegenwoordigers van deze klasse stoffen overeenkwamen met de algemene formule Cn (H2O) m, maar later bleek dat een een vergelijkbare formule zou niet alleen U. kunnen bevatten, maar ook bijvoorbeeld melkzuur. Bovendien werden verschillende derivaten met een andere algemene formule, vergelijkbaar in eigenschappen, geclassificeerd als U.
   Klasse U omvat een grote verscheidenheid aan verbindingen, van stoffen met een laag molecuulgewicht tot polymeren met een hoog molecuulgewicht. Conventioneel is U. verdeeld in drie grote groepen: monosachariden, oligosachariden en polysachariden. Een groep gemengde biopolymeren wordt afzonderlijk beschouwd, waarvan de moleculen, naast de oligosacharide- of polysacharideketen, eiwitten, lipiden en andere componenten bevatten (zie Glycoconjugaten). Monosachariden (monosen of eenvoudige suikers) omvatten polyoxyaldehyden (aldoses of aldosachariden) en polyoxyketonen (ketosen of ketosachariden). Op basis van het aantal koolstofatomen worden monosachariden verdeeld in triosen, tetrosen, pentosen, hexosen, heptosen, octosen en nonosen. De meest voorkomende in de natuur en belangrijk voor de mens zijn hexosen en pentosen. Gebaseerd op de relatieve ruimtelijke rangschikking van de waterstof- en hydroxylgroep bij het laatste asymmetrische koolstofatoom in het molecuul, worden alle monosachariden geclassificeerd als D- of L-serie (het vlak van de gepolariseerde lichtbundel wordt naar rechts of naar links gedraaid respectievelijk). Monosachariden, die veel voorkomen in de natuur, zowel in vrije vorm als opgenomen in talrijke verbindingen, behoren voornamelijk tot de D-serie; monosachariden in de vaste toestand hebben de vorm van cyclische hemiacetalen, vijfledig (furanosen) of zesledig (pyranosen). Monosachariden bestaan ​​in de vorm van #945;- en #946;-isomeren, die verschillen in de configuratie van het asymmetrische centrum op de carbonylkoolstof. In oplossing wordt een mobiel evenwicht tot stand gebracht tussen deze vormen; bovendien bevat het de meest reactieve acyclische vorm van het monosacharide. Monosacharidecycli kunnen verschillende geometrische vormen aannemen, conformaties genoemd. Monosachariden omvatten ook deoxysachariden (de hydroxylgroep is vervangen door waterstof), aminosuikers (bevatten een aminogroep), uron-, aldon- en suikerzuren (bevatten carboxylgroepen), polyhydrische alcoholen, esters van monosachariden, glycosiden, siaalzuren, enz.
   Oligosacchariden omvatten verbindingen waarvan de moleculen zijn opgebouwd uit resten van cyclische vormen van monosachariden die zijn verbonden door O-glycosidische bindingen. Het aantal monosacharideresiduen in oligosacharidemoleculen bedraagt ​​niet meer dan 10. Oligosachariden worden onderverdeeld in di-, tri-, tetrasachariden, enz., afhankelijk van het aantal monosacharideresiduen dat ze bevatten. Als een oligosacharidemolecuul is opgebouwd uit resten van hetzelfde monosacharide, wordt het een homo-oligosacharide genoemd; als zo'n molecuul is opgebouwd uit resten van verschillende monosachariden, is het een hetero-oligosacharide. Oligosacchariden zijn lineair, vertakt, cyclisch, reducerend (met het vermogen een chemische reductiereactie te ondergaan) en niet-reducerend; ze verschillen ook in het type verbinding tussen monosacharideresiduen.
2. enkelvoudige koolhydraten: fructose, glucose...
3. vanwege polaire bindingen. water (dipool) vormt een salvaatschil en verbreekt de binding.
4. Bijna alle (!) koolhydraten zijn goed oplosbaar in water. In het leven is er tenminste één bekend: sucrose (disaccharide) of gewone suiker.
   De oplosbaarheid in water is te wijten aan de gelijkenis van de structuur - de aanwezigheid van hydroxylgroepen die waterstofbruggen tussen moleculen kunnen vormen, zoals:
   R-O-H....O-R
   Het waterstofatoom van de hydroxylgroep kan een NIET-COVALENTE (elektrostatische) binding vormen met zuurstof-, fluor- of stikstofatomen

Functies van oplosbare koolhydraten: transport, beschermend, signalering, energie.

Monosachariden: glucose– de belangrijkste energiebron voor cellulaire ademhaling. Fructose- een bestanddeel van bloemennectar en vruchtensappen. Ribose en deoxyribose– structurele elementen van nucleotiden, dit zijn monomeren van RNA en DNA.

Disacchariden: sucrose(glucose + fructose) is het belangrijkste product van fotosynthese dat in planten wordt getransporteerd. Lactose(glucose + galactose) – maakt deel uit van de melk van zoogdieren. Maltose(glucose + glucose) is een energiebron in ontkiemende zaden.

Polymere koolhydraten: zetmeel, glycogeen, cellulose, chitine. Ze zijn niet oplosbaar in water.

Functies van polymere koolhydraten: structureel, opslag, energie, beschermend.

Zetmeel bestaat uit vertakte spiraalvormige moleculen die reservestoffen vormen in plantenweefsels.

Cellulose- een polymeer gevormd door glucoseresten bestaande uit verschillende rechte parallelle ketens verbonden door waterstofbruggen. Deze structuur voorkomt het binnendringen van water en zorgt voor de stabiliteit van de cellulosemembranen van plantencellen.

Chitine bestaat uit aminoderivaten van glucose. Het belangrijkste structurele element van het omhulsel van geleedpotigen en de celwanden van schimmels.

Glycogeen- reservestof van een dierlijke cel. Glycogeen is zelfs nog meer vertakt dan zetmeel en is zeer goed oplosbaar in water.

Lipiden– esters van vetzuren en glycerol. Onoplosbaar in water, maar oplosbaar in niet-polaire oplosmiddelen. Aanwezig in alle cellen. Lipiden bestaan ​​uit waterstof-, zuurstof- en koolstofatomen. Soorten lipiden: vetten, was, fosfolipiden. Functies van lipiden: opslaan– vetten worden opgeslagen in de weefsels van gewervelde dieren. Energie– de helft van de energie die wordt verbruikt door de cellen van gewervelde dieren in rust wordt gevormd als gevolg van vetoxidatie. Vetten worden ook gebruikt als bron van water. Het energie-effect van de afbraak van 1 g vet bedraagt ​​39 kJ, wat twee keer zoveel is als het energie-effect van de afbraak van 1 g glucose of eiwit. Beschermend– de onderhuidse vetlaag beschermt het lichaam tegen mechanische schade. Structureel – fosfolipiden maken deel uit van celmembranen. Thermische isolatie– onderhuids vet helpt warmte vast te houden. Elektrisch isolerend– myeline uitgescheiden door Schwann-cellen (ze vormen membranen zenuw vezels), isoleert enkele neuronen, wat de overdracht van zenuwimpulsen vele malen versnelt. Voedzaam– sommige lipideachtige stoffen helpen spiermassa op te bouwen en de lichaamstonus te behouden. Smeren– was bedekt de huid, wol, veren en beschermt ze tegen water. De bladeren van veel planten zijn bedekt met een wasachtige coating; was wordt gebruikt bij de constructie van honingraten. Hormonaal– bijnierhormoon – cortison en geslachtshormonen zijn van lipide-aard.

14. Enzymen, hun rol in de cel.

Enzymen (enzymen)- dit zijn specifieke eiwitten die in alle levende organismen aanwezig zijn en de rol spelen van biologische katalysatoren.

Chemische reacties in een levende cel vinden plaats bij een bepaalde temperatuur, normale druk en een zekere zuurgraad van de omgeving. Onder dergelijke omstandigheden zouden de reacties van synthese en afbraak van stoffen in de cel zeer langzaam verlopen als ze niet onderworpen zouden zijn aan de werking van enzymen.

Alle processen in een levend organisme worden direct of indirect uitgevoerd met de deelname van enzymen. Onder hun invloed worden de samenstellende componenten van voedsel (eiwitten, koolhydraten, lipiden) bijvoorbeeld afgebroken tot eenvoudigere verbindingen, waaruit nieuwe macromoleculen worden gesynthetiseerd die kenmerkend zijn voor dit type. Daarom leiden verstoringen in de vorming en activiteit van enzymen vaak tot het optreden van ernstige ziekten.

Volgens hun ruimtelijke organisatie bestaan ​​enzymen uit verschillende polypeptideketens en hebben ze meestal een quaternaire structuur.

Bovendien kunnen enzymen ook niet-eiwitstructuren bevatten. Het eiwitgedeelte wordt genoemd apoenzym, en niet-eiwit - cofactor of co-enzym (co-enzym).

De voorlopers van veel co-enzymen zijn vitamines.

Enzymatische katalyse gehoorzaamt aan dezelfde wetten als niet-enzymatische katalyse (in de chemische industrie), maar wordt in tegenstelling tot deze gekarakteriseerd hoge mate van specificiteit(een enzym katalyseert slechts een specifieke reactie of werkt slechts op één type binding in). Dit zorgt voor een fijne regulatie van alle vitale processen (ademhaling, spijsvertering, fotosynthese, etc.) die plaatsvinden in de cel en het lichaam. Het enzym urease katalyseert bijvoorbeeld de afbraak van slechts één stof: ureum (H 2 N-CO-NH 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2), zonder een katalytisch effect uit te oefenen op structureel verwante verbindingen.

De specificiteit van de enzymwerking verklaart actieve centrumtheorie. Volgens het molecuul zijn er in het molecuul van elk enzym een ​​of meer plaatsen die zorgen voor een specifieke interactie tussen het enzym en de stof (substraat). Het actieve centrum is een functionele groep (bijvoorbeeld de OH-groep van serine) of een afzonderlijk aminozuur. Typisch vereist een katalytisch effect een combinatie van verschillende (gemiddeld 3 tot 12) aminozuurresiduen die in een bepaalde volgorde zijn gelokaliseerd. Het actieve centrum kan ook worden gevormd door metaalionen, vitamines en andere niet-eiwitverbindingen - co-enzymen of cofactoren. Onder invloed van het enzym worden de chemische bindingen van het substraat verzwakt en verloopt de gekatalyseerde reactie met minder aanvankelijk energieverbruik en dus met een hogere snelheid. Eén molecuul van het catalase-enzym kan bijvoorbeeld binnen 1 minuut worden afgebroken. meer dan 5 miljoen moleculen waterstofperoxide (H 2 O 2), een product van oxidatie van verschillende verbindingen in het lichaam.

In de laatste fase van de chemische reactie wordt het enzym-substraatcomplex afgebroken om de eindproducten en het vrije enzym te vormen, dat zich opnieuw aan de substraatmoleculen bindt.

Snelheid van enzymatische reacties hangt van veel factoren af: de aard en concentratie van het enzym en substraat, temperatuur, druk, zuurgraad van het medium, de aanwezigheid van remmers, enz. Bij temperaturen dichtbij nul bijvoorbeeld, is de snelheid van bio chemische reacties vertraagt ​​tot een minimum. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in verschillende sectoren van de nationale economie, vooral in landbouw en medicijnen. In het bijzonder vindt het behoud van verschillende organen (nieren, hart, milt, lever) vóór transplantatie in een patiënt plaats tijdens het afkoelen om de intensiteit van biochemische reacties te verminderen en daardoor de levensduur van de organen te verlengen.

15. De structuur en functies van de delen en organellen van de cel, hun relaties als basis van de integriteit ervan.

Elk van de delen van de cel is enerzijds een afzonderlijke structuur met een specifieke structuur en functies, en anderzijds een onderdeel van een complexer systeem dat een cel wordt genoemd. Het grootste deel van de erfelijke informatie van een eukaryotische cel is geconcentreerd in de kern, maar de kern zelf kan de implementatie ervan niet garanderen, omdat hiervoor op zijn minst het cytoplasma nodig is, dat als de hoofdsubstantie fungeert, en ribosomen, waarop deze synthese plaatsvindt. . De meeste ribosomen bevinden zich op het granulaire endoplasmatisch reticulum, vanwaar eiwitten meestal naar het Golgi-complex worden getransporteerd en vervolgens, na modificatie, naar die delen van de cel waarvoor ze bedoeld zijn. Membraanverpakkingen van eiwitten en koolhydraten kunnen worden ingebed in de membranen van organellen en het cytoplasmatische membraan, waardoor hun constante vernieuwing wordt gegarandeerd. Het Golgi-complex staat ook los van degenen die presteren essentiële functies lysosomen en vacuolen. Zonder lysosomen zouden cellen bijvoorbeeld snel veranderen in een soort stortplaats voor afvalmoleculen en -structuren.

Het plaatsvinden van al deze processen vereist energie die wordt geproduceerd door de mitochondriën en, in planten, door bladgroenkorrels. En hoewel deze organellen relatief autonoom zijn, omdat ze hun eigen DNA-moleculen hebben, worden sommige van hun eiwitten nog steeds gecodeerd door het nucleaire genoom en gesynthetiseerd in het cytoplasma.

De cel is dus een onlosmakelijke eenheid van zijn samenstellende componenten, die elk hun eigen unieke functie vervullen.

Metabolisme: energie- en plasticmetabolisme, hun relatie. Enzymen, hun chemische aard, rol in de stofwisseling. Stadia van het energiemetabolisme. Fermentatie en ademhaling. Fotosynthese, de betekenis ervan, kosmische rol. Fasen van fotosynthese. Lichte en donkere reacties van fotosynthese, hun relatie. Chemosynthese. De rol van chemosynthetische bacteriën op aarde.

16. Diversiteit van cellen.

17. Virussen - precellulaire vorm, ziekteverwekkers.

1. Zijn virussen levende wezens of levenloze objecten? De eigenaardigheid is de niet-cellulaire structuur van virussen; bestaan ​​uit een DNA- of mRNA-molecuul omgeven door eiwitmoleculen als een omhulsel.

2. De manifestatie van vitale functies door virussen alleen in de cellen van andere organismen, de afwezigheid van hun eigen metabolisme, het vermogen om zich onafhankelijk te reproduceren buiten de cellen van andere organismen, en het bestaan ​​​​in de vorm van een kristal.

4. Virussen zijn de veroorzakers van veel ernstige ziekten: AIDS, hondsdolheid, polio, griep, pokken, enz., Besmettelijkheid - karakteristieke eigenschap virussen.

5. Manieren van besmetting met HIV-infectie, hondsdolheid, polio, pokken en maatregelen om ziekten veroorzaakt door virussen te voorkomen.

18. Preventie van HIV-infectie en AIDS.

HIV-infectie is een langzaam progressieve virale ziekte van het immuunsysteem, die leidt tot verzwakking immuun verdediging tegen tumoren en infecties. Het stadium van een HIV-infectie waarin secundaire infectie- of tumorziekten bij een persoon optreden als gevolg van verminderde immuniteit, wordt verworven immunodeficiëntiesyndroom (AIDS) genoemd.

Indien onbehandeld, put HIV bijna altijd het immuunsysteem uit. Als gevolg hiervan wordt het lichaam kwetsbaar voor een of meer levensbedreigende ziekten die gezonde mensen normaal gesproken niet treffen. Deze fase van HIV-infectie wordt AIDS of verworven immunodeficiëntiesyndroom genoemd. Hoe meer beschadigd het immuunsysteem, hoe groter het risico op overlijden door opportunistische infecties.

Deskundigen waren het er begin jaren tachtig over eens om de term 'AIDS' te gebruiken, vóór de ontdekking van HIV, om het nieuw opkomende syndroom van ernstige onderdrukking van het immuunsysteem te beschrijven. Tegenwoordig wordt AIDS beschouwd als een later stadium in de ontwikkeling van HIV-infectie en -ziekte.

Zonder behandeling duurt het doorgaans acht tot tien jaar voordat HIV zich tot AIDS ontwikkelt. Het interval tussen het begin van de infectie en het begin van de symptomen varieert echter en is doorgaans korter bij personen die besmet zijn via bloedtransfusies en bij zieke kinderen. Factoren die het natuurlijke verloop van een HIV-infectie veranderen, worden ‘cofactoren’ genoemd die de ziekteprogressie bepalen. Er zijn verschillende potentiële cofactoren onderzocht, waaronder genetische factoren, leeftijd, geslacht, wijze van overdracht, roken, voeding en andere infectieziekten. Er zijn redelijke aanwijzingen dat de ziekte sneller voortschrijdt als de HIV-infectie op latere leeftijd optreedt.

IN moderne omstandigheden Het is door het versterken van de HIV-preventie dat er een kans bestaat om de epidemie te “stoppen” om het behoud van mensenlevens en de normale werking van de economie te garanderen.

Preventieniveaus:

Persoonlijk niveau– een impact gericht op een individu om zijn gezondheid te behouden.

Familieniveau (niveau van de directe omgeving) - invloed gericht op iemands familie en zijn directe omgeving (vrienden en iedereen die rechtstreeks met de persoon in contact komt) om omstandigheden te creëren waaronder de omgeving zelf veilig zal zijn en zal helpen de waarden te vormen van gezondheid, zorg voor jezelf.

Sociaal niveau– impact op de samenleving als geheel, met als doel verandering Sociale normen in relatie tot maatschappelijk ongewenste (risicovolle) praktijken.

19. Cellulair metabolisme.

Wat is metabolisme?

Metabolisme, of metabolisme, is een reeks processen van de opname van stoffen uit de omgeving, hun transformaties in het lichaam en de verwijdering van afvalproducten uit het lichaam. Als gevolg van de stofwisseling handhaaft het lichaam de constantheid van de samenstelling van cellen en celstructuren door ze indien nodig bij te werken, en handhaaft het ook hun energiebalans. Metabolische processen in cellen worden gekenmerkt door een hoge ordelijkheid en strikte opeenvolging van biochemische reacties die daarin plaatsvinden, de deelname van verschillende enzymen en alle cellulaire structuren daarin.

Metabolisme (zie ook Metabolisme) is een reeks chemische transformaties die plaatsvinden in levende organismen en die zorgen voor hun groei, vitale activiteit, voortplanting, voortdurend contact en uitwisseling met de omgeving. Diagram van het metabolisme van een levend organisme Dankzij het metabolisme vindt de afbraak en synthese van moleculen die deel uitmaken van de cellen, de vorming, vernietiging en vernieuwing van cellulaire structuren en intercellulaire substantie plaats. Bij mensen wordt bijvoorbeeld de helft van alle weefseleiwitten binnen 80 dagen afgebroken en opnieuw opgebouwd, lever- en serumeiwitten worden elke 10 dagen door de helft vervangen, en spiereiwitten - 180, individuele leverenzymen - elke 2-4 uur. . Metabolisme is onlosmakelijk verbonden met de processen van energieconversie: de potentiële energie van chemische bindingen van complexe organische moleculen als gevolg van chemische transformaties wordt omgezet in andere soorten energie die worden gebruikt voor de synthese van nieuwe verbindingen, om de structuur en functie van cellen te behouden, lichaamstemperatuur, om werk te verrichten, etc. Alle metabolische reacties en energieconversie vinden plaats met de deelname van biologische katalysator-enzymen. In een verscheidenheid aan organismen wordt het metabolisme gekenmerkt door ordelijkheid en gelijkenis in de volgorde van enzymatische transformaties, ondanks het grote bereik chemische bestanddelen betrokken bij de uitwisseling. Tegelijkertijd wordt elke soort gekenmerkt door een speciaal, genetisch vastgelegd type metabolisme, bepaald door de omstandigheden van zijn bestaan. Metabolisme bestaat uit twee onderling verbonden processen die gelijktijdig in het lichaam plaatsvinden: assimilatie of anabolisme, dissimilatie of katabolisme. Tijdens katabole transformaties worden grote organische moleculen afgebroken tot eenvoudige verbindingen, waarbij tegelijkertijd energie vrijkomt, die wordt opgeslagen in de vorm van energierijke fosfaatbindingen, voornamelijk in het ATP-molecuul. Katabole transformaties worden meestal uitgevoerd als gevolg van hydrolytische en oxidatieve reacties en vinden zowel plaats bij afwezigheid van zuurstof (anaërobe route - glycolyse, fermentatie) als met de deelname ervan (aërobe route - ademhaling). Het tweede pad is evolutionair jonger en energetisch winstgevender. Het zorgt voor een volledige afbraak van organische stoffen in CO2 en H2O. Een verscheidenheid aan organische verbindingen wordt via katabole processen omgezet in een beperkt aantal kleine moleculen (naast CO2 en H2O); bijvoorbeeld koolhydraten - in triosefosfaten en pyruvaat. De eindproducten van het stikstofmetabolisme zijn ureum, ammoniak en urinezuur. Tijdens anabole transformaties worden complexe moleculen gebiosynthetiseerd uit eenvoudige precursormoleculen. Autotrofe organismen (groene planten en sommige bacteriën) kunnen de primaire synthese van organische verbindingen uit CO2 uitvoeren met behulp van energie zonlicht- fotosynthese. Heterotrofen synthetiseren organische verbindingen alleen met behulp van energie en producten die het resultaat zijn van katabole transformaties. De uitgangsmaterialen voor biosyntheseprocessen zijn eenvoudige organische verbindingen. Elke cel synthetiseert zijn karakteristieke eiwitten, vetten, koolhydraten en andere verbindingen. Spierglycogeen wordt bijvoorbeeld gesynthetiseerd in spiercellen in plaats van afgeleverd door het bloed uit de lever. De reeks katabole en anabole reacties die op elk moment in een cel plaatsvinden dit moment, vormt zijn metabolisme.

Bron: www.bioaa.info

20. Energiemetabolisme.

Tijdens het fermentatieproces wordt het energiemetabolisme meestal in drie fasen verdeeld. Eerste fase - voorbereidend. In dit stadium worden de moleculen van complexe koolhydraten, vetten en eiwitten afgebroken tot kleine moleculen: glucose, glycerol en vetzuren, aminozuren; grote moleculen nucleïnezuren - in nucleotiden. Bij deze reacties komt een kleine hoeveelheid energie vrij, die als warmte wordt afgevoerd.

Tweede fase - incompleet, waarbij zuurstofvrije splitsing plaatsvindt, vindt plaats in het cytoplasma van de cel. Het wordt ook wel anaërobe ademhaling (glycolyse) of fermentatie. De term "fermentatie" wordt gewoonlijk toegepast op processen die plaatsvinden in de cellen van planten of micro-organismen. In dit stadium gaat de verdere afbraak van stoffen door met de deelname van enzymen. In spieren wordt bijvoorbeeld, als gevolg van anaërobe ademhaling, een glucosemolecuul afgebroken tot twee melkzuurmoleculen. Fosforzuur en ADP zijn betrokken bij de afbraak van glucose en door de energie die vrijkomt als gevolg van hun afbraak worden ATP-moleculen gevormd.

Bij gistschimmels wordt het glucosemolecuul onder zuurstofvrije omstandigheden afgebroken tot ethanol en koolstofdioxide. Dit proces wordt genoemd alcoholische gisting.

Bij andere micro-organismen eindigt het proces van glycolyse met de vorming van aceton, azijnzuur, enz. In alle gevallen gaat de afbraak van één glucosemolecuul gepaard met de vorming van twee ATP-moleculen. Tijdens de zuurstofvrije afbraak van glucose tot melkzuur wordt 40% van de vrijkomende energie opgeslagen in het ATP-molecuul en de rest van de energie wordt afgevoerd als warmte.

De derde fase van het energiemetabolisme wordt genoemd aerobe ademhaling, of zuurstofsplijting. Deze fase van het energiemetabolisme wordt ook versneld door enzymen. Stoffen die in eerdere stadia in de cel zijn gevormd, met de deelname van zuurstof, vallen uiteen in de eindproducten CO 2 en H 2 O. Daarbij zuurstof ademhalen Er komt een grote hoeveelheid energie vrij, die zich ophoopt in ATP-moleculen. Wanneer twee moleculen melkzuur worden afgebroken in aanwezigheid van zuurstof, worden 36 moleculen ATP gevormd. Bijgevolg speelt aërobe ademhaling de hoofdrol bij het voorzien van de cel van energie. Alle levende organismen zijn verdeeld in twee grote groepen volgens de methode om energie te verkrijgen: autotroof En heterotroof.

21. Transformatie van energie en de cel.

Een voorwaarde voor het bestaan ​​van elk organisme is een constante stroom van voedingsstoffen en constante selectie eindproducten van chemische reacties die in cellen plaatsvinden. Voedingsstoffen worden door organismen gebruikt als bron van atomen chemische elementen(voornamelijk koolstofatomen), waaruit alle structuren zijn opgebouwd of vernieuwd. Naast voedingsstoffen ontvangt het lichaam ook water, zuurstof en minerale zouten.

Organische stoffen die de cellen binnendringen (of gesynthetiseerd worden tijdens fotosynthese) worden afgebroken tot bouwstenen – monomeren en naar alle cellen van het lichaam gestuurd. Een deel van de moleculen van deze stoffen wordt besteed aan de synthese van specifieke organische stoffen die inherent zijn aan een bepaald organisme. Cellen synthetiseren eiwitten, lipiden, koolhydraten, nucleïnezuren en andere stoffen die verschillende functies vervullen (constructief, katalytisch, regulerend, beschermend, enz.).

Een ander deel van de laagmoleculaire organische verbindingen die de cellen binnendringen, gaat naar de vorming van ATP, waarvan de moleculen energie bevatten die rechtstreeks bedoeld is voor het uitvoeren van werk. Energie is nodig voor de synthese van alle specifieke stoffen van het lichaam, het in stand houden van de zeer geordende organisatie, het actieve transport van stoffen in de cellen, van de ene cel naar de andere, van het ene deel van het lichaam naar het andere, voor de overdracht van zenuwimpulsen, de beweging van organismen, het onderhoud constante temperatuur lichamen (bij vogels en zoogdieren) en voor andere doeleinden.

Tijdens de transformatie van stoffen in cellen worden eindproducten van de stofwisseling gevormd die giftig kunnen zijn voor het lichaam en daaruit worden verwijderd (bijvoorbeeld ammoniak). Alle levende organismen consumeren dus voortdurend bepaalde stoffen uit het milieu, transformeren deze en geven eindproducten af ​​aan het milieu.

De reeks chemische reacties die in het lichaam plaatsvinden, wordt genoemd metabolisme of metabolisme. Afhankelijk van algemene oriëntatie processen worden onderscheiden door katabolisme en anabolisme.

Katabolisme (dissimilatie)- een reeks reacties die leiden tot de vorming van eenvoudige verbindingen uit complexere. Katabole reacties omvatten bijvoorbeeld reacties van hydrolyse van polymeren tot monomeren en de afbraak van laatstgenoemde tot kooldioxide, water, ammoniak, dat wil zeggen energie-uitwisselingsreacties waarbij de oxidatie van organische stoffen en de synthese van ATP plaatsvindt.

Anabolisme (assimilatie)- een reeks reacties voor de synthese van complexe organische stoffen uit eenvoudigere. Dit omvat bijvoorbeeld stikstoffixatie en eiwitbiosynthese, de synthese van koolhydraten uit kooldioxide en water tijdens fotosynthese, de synthese van polysachariden, lipiden, nucleotiden, DNA, RNA en andere stoffen.

Vaak wordt de synthese van stoffen in de cellen van levende organismen genoemd plastic frame, en de afbraak van stoffen en hun oxidatie, vergezeld van de synthese van ATP, - energiemetabolisme. Beide soorten metabolisme vormen de basis van de levensactiviteit van elke cel, en dus van elk organisme, en zijn nauw met elkaar verwant. Aan de ene kant vergen alle plastische uitwisselingsreacties energie. Aan de andere kant is voor het uitvoeren van energiemetabolismereacties een constante synthese van enzymen noodzakelijk, omdat hun levensduur kort is. Bovendien worden stoffen die voor de ademhaling worden gebruikt, gevormd tijdens het plasticmetabolisme (bijvoorbeeld tijdens het fotosyntheseproces).

22. De waarde van ATP.

Het cytoplasma van elke cel, evenals de mitochondriën, chloroplasten en kernen, bevat adenosinetrifosforzuur (ATP). Het levert energie voor de meeste reacties die in de cel plaatsvinden. Met behulp van ATP synthetiseert de cel nieuwe moleculen van eiwitten, koolhydraten, vetten, verwijdert afval, voert actief transport van stoffen uit, klopt flagellen en cilia, enz.

ATP-molecuul is een nucleotide gevormd door de stikstofbase adenine, de suikerribose met vijf koolstofatomen en drie fosforzuurresiduen. De fosfaatgroepen in het ATP-molecuul zijn met elkaar verbonden door hoogenergetische (macroerge) bindingen:

De bindingen tussen fosfaatgroepen zijn niet erg sterk en als ze breken, komt er een grote hoeveelheid energie vrij. Als gevolg van de hydrolytische splitsing van de fosfaatgroep van ATP wordt adenosinedifosforzuur (ADP) gevormd en komt een deel van de energie vrij:

ADP kan ook verdere hydrolyse ondergaan met de eliminatie van een andere fosfaatgroep en het vrijkomen van een tweede portie energie; in dit geval wordt ADP omgezet in adenosinemonofosfaat (AMP), dat niet verder wordt gehydrolyseerd:

ATP wordt gevormd uit ADP en anorganisch fosfaat als gevolg van de energie die vrijkomt bij de oxidatie van organische stoffen en tijdens fotosynthese. Dit proces wordt genoemd fosforylering. In dit geval moet er minimaal 40 kJ/mol energie worden verbruikt, die wordt geaccumuleerd in hoogenergetische bindingen:

Bijgevolg wordt de belangrijkste betekenis van de processen van ademhaling en fotosynthese bepaald door het feit dat ze energie leveren voor de synthese van ATP, met de deelname waarvan het grootste deel van het werk in de cel wordt uitgevoerd.

ATP is dus de belangrijkste universele energieleverancier in de cellen van alle levende organismen.

ATP wordt extreem snel vernieuwd. Bij mensen wordt elk ATP-molecuul bijvoorbeeld 2.400 keer per dag afgebroken en geregenereerd, zodat de gemiddelde levensduur minder dan 1 minuut bedraagt. ATP-synthese vindt voornamelijk plaats in de mitochondriën en chloroplasten (gedeeltelijk in het cytoplasma). Het hier gevormde ATP wordt naar die delen van de cel gestuurd waar de behoefte aan energie ontstaat.

23. Kunststofuitwisseling.

De resulterende zuurstof, organische stoffen, water en minerale zouten worden omgezet en de persoon geeft de eindproducten van de stofwisseling vrij, zoals water, creatinine, stikstofhoudende verbindingen, urinezuurzouten en andere excessen, waardoor de basisfunctie van de stofwisseling wordt ondersteund. Het menselijk metabolisme bestaat uit de tegenovergestelde, maar onafscheidelijke acties van assimilatie (plastische metabolisme) en dissimilatie (energiemetabolisme).

Het lichaam wordt door splitsing aangevuld met de nodige energie, waarvan een deel wordt gedeeld omgeving in de vorm van warmteafvoer. De combinatie van dergelijke processen, die de voorwaarden bepalen voor de assimilatie en accumulatie van de noodzakelijke energie, vormt de essentie van het plastische metabolisme en de levensactiviteit in het algemeen.

24. Eiwitbiosynthese.

Eiwitbiosynthese is een van de belangrijkste metabolische processen in een cel. Tijdens deze synthese worden biopolymeren gevormd - complexe eiwitmoleculen bestaande uit monomeren - aminozuren (zie § 4). Eiwitbiosynthese vindt plaats in het cytoplasma van de cel, of preciezer gezegd, op ribosomen met de deelname van messenger RNA - mRNA (ook wel messenger RNA genoemd - mRNA) en transport-RNA (tRNA) onder controle van nucleair DNA.

Opheldering van de rol van DNA en RNA in het proces van eiwitbiosynthese in de cel is een van de opmerkelijke prestaties biologische wetenschap midden 20e eeuw

Eiwitbiosynthese omvat twee fasen: transcriptie en translatie.

Transcriptie. Transcriptie (van het Latijnse transcriptio - herschrijven) is de biosynthese van boodschapper-RNA (mRNA)-moleculen die plaatsvindt in de kern op basis van het DNA-molecuul.

Tijdens transcriptie beweegt het enzym RNA-polymerase langs het DNA-molecuul. In dit geval behoudt het enzym de nucleotiden van de groeiende mRNA-keten, die wordt gesynthetiseerd op basis van een van de ketens van het DNA-molecuul uit nucleotiden die zich in de nucleaire matrix bevinden (Fig. 16).

Rijst. 16. Eiwitbiosyntheseschema
Messenger RNA (mRNA) is een enkelstrengige structuur en transcriptie vindt plaats vanaf één streng van het DNA-molecuul. Als resultaat van transcriptie wordt een mRNA-molecuul gevormd, dat een exacte kopie is van een deel van een van de DNA-ketens (bedenk dat in het RNA-molecuul de stikstofbase thymine wordt vervangen door uracil). Elk mRNA-molecuul is honderden keren korter in lengte dan een DNA-molecuul. Dit komt door het feit dat elk mRNA niet een kopie is van het gehele DNA-molecuul, maar alleen van zijn deel: één gen of een groep aangrenzende genen die informatie bevat over de structuren van eiwitten die nodig zijn om dezelfde functies uit te voeren.

Met de deelname van enzymen aan de overeenkomstige delen van het DNA-molecuul wordt niet alleen mRNA gesynthetiseerd, maar ook ander RNA-transport (tRNA), ribosomaal (rRNA). Vervolgens worden de gesynthetiseerde RNA's vanuit de kern via nucleaire poriën naar het cytoplasma gestuurd, naar de plaats van eiwitsynthese - ribosomen.

Uitzending. In ribosomen worden polypeptideketens van eiwitten gesynthetiseerd op een mRNA-matrix, d.w.z. de vertaling wordt uitgevoerd (Latijnse translatio - vertaling, overdracht).

De assemblage van eiwitmoleculen vindt plaats in ribosomen. Wanneer een atoom zich bindt, bindt één mRNA aan verschillende ribosomen en vormt zich complexe structuur- polysoom. Het polysoom synthetiseert tegelijkertijd veel moleculen van één eiwit.

Aminozuren, waaruit eiwitmoleculen worden gesynthetiseerd, worden door tRNA-moleculen aan ribosomen afgeleverd. Ze zijn relatief klein van formaat (van 70 tot 90 nucleotiden) en lijken qua vorm op een klaverblad (zie figuur 16).

Bovenaan het ‘blad’ van elk tRNA (onthoud dat er evenveel varianten van tRNA zijn als tripletten die voor aminozuren coderen) staat een anticodon. Het is een sequentie van drie nucleotiden die complementair zijn aan de tripletnucleotiden in het mRNA. Een speciaal enzym herkent tRNA en hecht aan de bladsteel het aminozuur dat wordt gecodeerd door een van de mRNA-tripletten.

Transfer-RNA's komen ribosomen binnen. Het gebied van het ribosoom waarin eiwitmoleculen worden geassembleerd, wordt het functionele centrum van het ribosoom (FRC) genoemd. Er bevinden zich altijd slechts twee mRNA-tripletten in de FCR. Aan elk triplet (codon) mRNA wordt een tRNA met een complementair anticodon gehecht (zie Fig. 15).

Onder invloed van enzymen wordt een peptidebinding gevormd tussen aminozuren, en het aminozuur met het eerste tRNA (voor het gemak geven we tRNA aan met serienummers) wordt aan het tweede tRNA gehecht. Het eerste tRNA, bevrijd van het aminozuur, verlaat het ribosoom. Vervolgens beweegt het ribosoom langs het mRNA over een afstand gelijk aan één triplet, en het volgende triplet komt terecht in de FCR. Het assemblageproces gaat verder: er wordt een peptidebinding gevormd tussen de aminozuren die worden afgeleverd door het tweede en derde tRNA, enz.

De peptideketen wordt langer totdat het translatieproces een van de stopcodons bereikt - UAA, UAG, UGA, die geen informatie over aminozuren bevatten. Zodra dit gebeurt, is de translatie voltooid en verlaat de polypeptideketen het ribosoom en stort zich in het endoplasmatisch reticulumkanaal.

Elke keer wordt als resultaat van de vertaling een polypeptideketen van een eiwitmolecuul gesynthetiseerd, die exact overeenkomt met de erfelijke informatie vastgelegd in het DNA. De assemblagesnelheid van één eiwitmolecuul, bestaande uit 200-300 aminozuren, is 1-2 minuten. Algemeen schema Eiwitbiosynthese kan als volgt worden weergegeven:

DNA → (transcriptie) → mRNA → (vertaling) → eiwit.

Matrixsynthesereacties. De processen van vertaling, transcriptie en replicatie (zelfduplicatie) van DNA worden matrixsynthesereacties genoemd (van het Latijnse matrix - stempel, vorm met een uitsparing). Deze reacties worden alleen uitgevoerd in levende cellen en in exacte overeenstemming met het plan dat is vastgelegd in de structuur van reeds bestaande moleculen die als sjablonen fungeren. Dergelijke moleculen zijn DNA-moleculen (tijdens replicatie en transcriptie) en mRNA (tijdens translatie). De rol van een matrix kan dus worden vervuld door zowel DNA-moleculen als RNA-moleculen.

Matrixsynthese zorgt voor een hoge nauwkeurigheid van de overdracht van erfelijke informatie en een hoge synthesesnelheid van macromoleculen. Matrixsynthese is gebaseerd op het principe van complementariteit.

Momenteel heeft de wetenschap het mechanisme van overdracht van erfelijke informatie voldoende gedetailleerd bestudeerd. Er blijven echter nog een aantal onopgeloste problemen bestaan. Eén daarvan is de studie van mechanismen die de genactiviteit reguleren. Alle cellen van een meercellig organisme hebben dezelfde set genen. Niettemin verschillen cellen van verschillende weefsels qua structuur, functies en eiwitsamenstelling.

De specialisatie van een cel wordt niet bepaald door alle genen die hij bevat, maar alleen door die waarvan de transcriptie naar mRNA is uitgevoerd en de erfelijke informatie in de vorm van eiwitten is gerealiseerd. Zelfs in dezelfde cel kan de synthesesnelheid van eiwitmoleculen verschillen, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden en de eiwitbehoeften van de cel zelf.

Er is waarschijnlijk een mechanisme dat het ‘inschakelen’ en ‘uitschakelen’ van genen regelt verschillende stadia cel leven. Voor het eerst werd in 1961 een verklaring voor dit mechanisme gegeven door de Franse biologen F. Jacob, A. Lvov en J. Monod aan de hand van het voorbeeld van de regulatie van de eiwitsynthese in bacteriën. Voor hun werk ontvingen deze wetenschappers de Nobelprijs.

Hoe wordt de genactiviteit gereguleerd? eukaryotische cellen, is nog onduidelijk. Kennis van de regulerende mechanismen van transcriptie en vertaling is noodzakelijk