Химические соединения белки углеводы жиры витамины

Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Содержание:

Жиры представляют собой органические соединения, образующиеся в результате взаимодействия глицерина с высшими карбоновыми кислотами. Соединения могут быть природного или синтетического происхождения.

Жиры еще называют глицеридами, так как в реакциях этерификации, продуктами которых они являются, принимают участие карбоновые кислоты и единственный спирт – глицерин.

Общая формула жиров выглядит так:

R₁, R₂, R₃ — углеводородные остатки карбоновых кислот.

В состав жиров могут входить насыщенные и ненасыщенные карбоновые кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию, если в состав входят углеводородные части предельных кислот. В случае этерификации глицерина с ненасыщенными кислотами образуются жидкие соединения. Природные глицериды содержат оба вида кислот, поэтому животные жиры твердые (кроме рыбьего жира). Глицериды растительного происхождения соответственно имеют жидкую форму, поэтому их называют маслами (кроме пальмового масла, имеющего твердую консистенцию).

Химические свойства жиров

По аналогии можно предположить, что гидрирование двойных связей обеспечит переход в твердую форму. Данное свойство подтверждено опытным путем. Так получают твердый жир маргарин. Реакция гидрирования (гидрогенизация) проходит в присутствии никелевого катализатора:

Жиры – это сложные эфиры, поэтому для них характерны реакции гидролиза.

Гидролиз с водными растворами кислот и щелочей протекает по следующей схеме:

В результате реакций щелочного гидролиза образуются соли высших карбоновых кислот – мыла (реакции омыления):

Жиры, в составе которых содержаться углеводородные остатки непредельных кислот обесцвечивают раствор калия перманганата и бромной воды. Присутствие двойных связей в предельных кислотах лишает глицериды этого свойства.

Биологические функции жиров

Жиры играют важную роль в живых организмах. Основными функциями являются:

строительная;
энергетическая;
защитная;
секреторная;
регулирующая.

Жиры регулируют обмен веществ, участвуют в теплорегуляции, обеспечивают механическую защиту органов, повышают сопротивляемость организма, секретируют гормоны.

Белки

Белки – высокомолекулярные соединения органической природы. Представляют собой цепочку из частей альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями.

Двадцать видов аминокислот образуют структуру большинства белков. При этом отдельные виды белков отличаются между собой аминокислотными наборами по наименованию и последовательности соединения.

Структура белков определяет их растворимость. Так, четвертичные соединения в виде глобул образуют коллоидный водный раствор, а четвертичные белки из нитей (фибрилл) имеют твердую структуру и не растворяются в водной среде.

Химические свойства белков

Белковые соединения вступают в реакции гидролитического разложения по схеме:

В результате гидролиза образуется смесь альфа-аминокислот.

При определенных условиях происходит распад сложных белковых структур до первичной линейной формы. Это называется денатурацией.

Денатурация белка может быть обратимой и не обратимой. Ход процесса зависит от условий протекания.

Обратимая денатурация протекает в присутствии щелочей или ионов аммония по схеме:

Необратимая денатурация белка происходит в присутствии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов при условии повышенной температуры либо воздействия иного излечения. В таких условиях восстановление структуры белка невозможно.

Читайте также: Витамины нау дейли витс

Реакция взаимодействия белкового раствора с 10% раствором натрия гидроксида и капли 1% раствора сульфата меди называется биуретовой реакцией. В результате образуется биуретовый комплекс фиолетового цвета:

Это качественная реакция для белковых соединений.

Ксантопротеиновой реакцией называют взаимодействие раствора белка с концентрированной азотной кислотой в условиях повышенной температуры. Образуется соединение, придающее раствору желтое окрашивание.

Схема реакции на примере тирозина (альфа-аминокислоты):

Биологические функции белков

Белковые соединения в организме выполняют такие функции, как:

строительная;
защитная;
регуляторная;
транспортная;
энергетическая;
двигательная.

Белки – строительный материал клеток. Белковые соединения защищают от инфекционных агентов, доставляют важнейшие вещества в органы, насыщают организм энергией.

Углеводы

Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.

Классификация углеводов

Класс углеводов

Особенности / Представители

Простая форма сахаров. Не подвергается гидролизу.

Сложные сахара. При гидролизе распадаются на две молекулы моносахаров.

Сахароза (состоит из фрагментов альфа-глюкозы и бета-фруктозы)

Высокомолекулярные соединения сложной структуры, образованные из остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.

Химические свойства углеводов

Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе.

Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:

Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:

Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:

По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:

Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:

Процессы брожения

Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:

Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения:

Растворы моносахаров

В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:

Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:

Характерная реакция крахмала с раствором йода:

Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.

Биологические функции углеводов

Углеводы выполняют функции в организме такие, как:

энергетическая;
защитная (иммунная);
структурная;
запасающая;
рецепторная.

Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.

Источник

3.8 Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Видеоурок 1: Сложные эфиры. Жиры

Видеоурок 3: Углеводы. Глюкоза

Лекция: Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Жиры

Жиры – это определенные органические соединения природного или синтетического происхождения. Представляют собой сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот.

Данные вещества содержат в своей структуре остатки предельных карбоновых кислот. Формулы жиров можно представить в следующем виде:

Справа от формул изображена модель молекулы тристеарина, она иллюстрирует сложное строение жиров. Жиры по происхождению подразделяются на животные и растительные. Они отличаются своим составом, следовательно, и химическим свойствам.

Насыщение двойных связей в молекулах жидких жиров приводит к их отвердеванию. При гидрировании жидкого растительного масла на никелевом катализаторе появляется твердый жир, называемый маргарином. Уравнение данной реакции условно выглядит так:

Так как жиры представляют собой сложные эфиры, то, следовательно, они вступают в реакции гидролиза:

Данная реакция проходит под действием водных растворов кислот и щелочей. В случае применения щелочей, гидролиз проходит необратимо. При этом происходит образование глицерина и мыла (стеарат натрия):

Мыло — смесь натриевых или калиевых солей жирных карбоновых кислот.

Для жиров, содержащих в своей структуре кислотные остатки непредельных карбоновых кислот, присущи все качественные реакции на непредельные соединения. К таким относятся: обесцвечивание раствора перманганата калия и бромной воды. Предельные жиры в реакцию данного типа не вступают. Жир вступает в реакцию и с водным раствором перманганата калия и бромной водой. Это объясняется тем, что он содержит кислотные остатки непредельной карбоновой кислоты – олеиновой.

Белки

Белки — высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков аминокислот, соединённых в длинную цепочку пептидной связью.

В состав белков живых организмов входит всего 20 типов аминокислот, все из которых относятся к альфа-аминокислотам, а аминокислотный состав белков и их порядок соединения друг с другом определяются индивидуальным генетическим кодом живого организма. Одной из особенностей белков является их способность самопроизвольно формировать пространственные структуры характерные только для данного конкретного белка.

Из-за специфики своего строения белки могут обладать разнообразными свойствами. Белки, имеющие глобулярную четвертичную структуру, в частности белок куриного яйца, растворяются в воде с образованием коллоидных растворов. Белки, обладающие фибриллярной четвертичной структурой, в воде не растворяются. Фибриллярными белками, в частности, образованы ногти, волосы, хрящи.

Химические свойства белков:

Гидролиз . Все белки способны вступать в реакцию гидролиза. В случае полного гидролиза белков образуется смесь из α-аминокислот:

Денатурация . Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка без разрушения его первичной структуры называют денатурацией. Денатурация белка может протекать под действием растворов солей натрия, калия или аммония – такая денатурация является обратимой. Денатурация же протекающая под действием излучения (например, нагрева) или обработке белка солями тяжелых металлов является необратимой. Необратимая денатурация белка наблюдается при термической обработке яиц в процессе их приготовления. В результате денатурации яичного белка его способность растворяться в воде с образованием коллоидного раствора исчезает.

Качественные реакции на белки:

Биуретовая реакция . Если к раствору, содержащему белок добавить 10%-й раствор гидроксида натрия, а затем небольшое количество 1 %-го раствора сульфата меди, то появится фиолетовое окрашивание. Раствор белка + NаОН(10%-ный р-р) + СuSO4 = фиолетовое окрашивание.

Ксантопротеиновая реакция . Растворы белка при кипячении с концентрированной азотной кислотой окрашиваются в желтый цвет. Раствор белка + HNO3(конц.) => желтое окрашивание.

Биологические функции белков:

Каталитическая . Ускоряет различные химические реакции в живых организмах.

Структурная . Строительные материалы клеток. Ферменты: коллаген, белки клеточных мембран.

Защитная . Защищают организм от инфекций. Ферменты: иммуноглобулины, интерферон.

Регуляторная . Регулируют обменные процессы. Ферменты: гормоны.

Транспортная . Перенос жизненно-необходимых веществ от одних частей организма к другим. Ферменты: гемоглобин переносит кислород.

Энергетическая . Снабжает организм энергией. Ферменты: 1 грамм белка может обеспечить организм энергией в количестве 17,6 Дж.

Моторная (двигательная) . Ферменты: миозин (мышечный белок).

Углеводы

Углеводы — органические соединения, состоящие из молекул углерода, водорода и кислорода, общая формула которых C_n(H₂O)_m.

Из формулы углеводов можно предположить то, что данные соединения состоят из углерода и воды, однако это не так, просто соотношение водорода и кислорода в данных соединениях такое же, как и у воды 2:1. Однако следует иметь ввиду, что данное соотношение водорода и кислорода в углеводах непостоянно, к примеру, дезоксирибоза имеет формулу С₅Н₁₀О₄. Также существуют соединения соответстсвующие формуле C_n(H₂O)_m, но к углеводам не относящиеся. Это формальдегид (СН₂О) и уксусная кислота (С₂Н₄О₂).

Рассмотрим классификацию углеводов. В её основе лежит способность одних углеводных соединений при гидролизе расщепляться на углеводы меньшей молекулярной массы. Исходя из этого, углеводы делят на:

простые (моносахариды) и

сложные (дисахариды, полисахариды).

Моносахариды не расщепляются, т.е. не гидролизуются. В зависимости от числа атомов они делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д. Среди них широко распространены в природе пентозы с общей формулой C₅(H₂O)₅ и гексозы C₆H₁₂O₆. Например, среди пентозов, известные вам из курса биологии рибоза C₅H₁₀O₅ и дезоксирибоза C₅H₁₀O₄, входящие в состав РНК и ДНК. Среди гексозов: глюкоза, фруктоза, галактоза, имеющие общую формулу C₆H₁₂O₆. Общей чертой глюкозы и фруктозы является наличие в составе молекул пяти гидроксильных групп. Поэтому они считаются многоатомными спиртами. Отличие состоит в том, что молекула глюкозы содержит альдегидную группу (-CHO), а молекула фруктозы кетонную группу (R—CO—R’). Таким образом, глюкоза — это многоатомный альдегидоспирт, фруктоза – многоатомный кетоспирт.

Строение молекул глюкозы и фруктозы:

Дисахариды при гидролизе расщепляются на две молекулы моносахаридов. Исходя из общей формулы большинства дисахаридов C₁₂H₂₂O₁₁ уравнение гидролиза выглядит так:

Источник