Научно-исследовательский проект на тему: «Углеводы и их роль и значение в жизни человека»

Научно-исследовательский проект на тему:

«Углеводы и их роль и значение в жизни человека»

Выполнила ученица 10 «Б» класса

                           МБОУ «СОШ №1» г. Кирсанова

                              Костенко Дарья.

                              Руководитель учитель химии

                              Е. А. Гвоздева

Оглавление

1. Актуальность  …………………………………………………….3
2. Цель и задачи исследования …………………………………….3-4
3. Гипотеза исследования  …………………………………………4
4. Методы исследования …………………………………………..4
5. Основная часть: Теоретическая часть

1.  Историческая справка. ………………………………………….4
2.  Классификация, строение и свойства углеводородов………...5-10
3.  Биологическая роль и функции углеводов, их содержание в            различных тканях и органах тела человека……………………10-12
4. Ферментативные превращения углеводов в пищеварительной системе………………………………………………………….12

6. Практическая часть

1. Обнаружение крахмала в продуктах питания…………..12
2. Обнаружение глюкозы в продуктах питания…………...13
3. Обнаружение сахарозы и лактозы……………………….13

7. Суточная норма употребления углеводов…………………….13-14.
8. Влияние потребления углеводов на здоровье человека………14-15
9. Вывод……………………………………………………………..15
10. Литература……………………………………………………….16
11. Приложения………………………………………………………17-20

Актуальность

Что же дороже всего на свете? Конечно же, здоровье! Здоровье – это самое главное наше богатство. Чтобы сохранить здоровье и всегда иметь хорошую фигуру нужно есть здоровую пищу. Актуальность здоровой пищи очень важна в современных условиях постоянных инфекций и заболеваний, вирусов и прочих болезней. Статистика доказывает, что только благодаря хорошему питанию многие болезни минуют человека или же переносятся им гораздо легче, так как тогда организм имеет максимально стойкий иммунитет, и вся его иммунная система прекрасно справляется даже с очень сложными заболеваниями и инфекциями. Люди в наш компьютерный, загруженный проблемами век все больше отдаляются от природы, все больше испытывают стрессов и волнений. Чтобы «сгладить» возникающие проблемы, люди довольно часто «заедают» их различными сладкими продуктами.

Какие химические соединения обладают сладким вкусом? Каково их строение? В чем положительные и отрицательные стороны их влияния на организм? Каковы принципы правильного питания? Вот неполный перечень вопросов, на которые хотелось бы ответить в ходе работы над проектом.

Цели и задачи проекта.

Цель работы заключается в том, чтобы выяснить, кто же прав те люди, которые всячески избегают употребления углеводов или напротив, те, что смело, употребляют их.

        Задачи проекта:

1.        Изучить классификацию, строение и свойства углеводов.

2.        Узнать биологическую роль и функции углеводов, их содержание в различных тканях и органах тела человека.

3.        Выяснить ферментативные превращения углеводов в пищеварительной системе.

4.        Провести химический эксперимент по обнаружения углеводов в продуктах питания.

5.        Выявить норму углеводов в питании.

6.        Сделать выводы о влияние потребления углеводов на здоровье человека.

        Методы исследования:

В качестве основных методов исследования мной были выбраны:

метод наблюдения, методы изучения и анализа различных источников информации, метод экспериментов, метод описания полученных результатов.

        Гипотеза:

         Если выяснить как связаны между собой строение и свойства с биологическим значением углеводов можно сохранить свое здоровье и при этом не беспокоиться о лишних килограммах.

Основная часть

        Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации.

        Впервые термин «углеводы» появился в 1844 г., его автором признают профессора Дерптского университета К.Г. Шмидта. Ученые тех лет считали, что все соединения этой группы состоят из молекул углерода и воды, отсюда произошло и название. Но позднее более глубокие исследования показали, что к углеводам относятся вещества с формулой «кислород + водород». В научной литературе можно встретить другое наименование– глициды.

        Производство углеводов лежит на плечах представителей флоры, образующееся в результате фотосинтеза огромное количество крахмала и других углеводов обеспечивает калориями структуры человека.

Классификация и строение углеводородов

        Различают два основных класса углеводов простые и сложные.

        Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдегидоспиртов, если кетонную – к классу кетоспиртов. В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д.:

Рибоза- C5H10O5.  Входит в состав нуклеиновых кислот РНК, АТФ. Это бесцветные кристаллы, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

     Альфа D, L-рибоза          Бета D,L-рибоза        Ациклическая форма D-рибозы                               

Дезоксирибоза . Входит в состав ДНК. C5H10O4 —альдопентоза— производное рибозы, где гидроксильная группа у второго атома углерода замещена водородом с потерей атома кислорода.

Глюкоза или виноградный сахар, C6H12O6 —шестиатомный гидроксиальдегид, встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, от чего и произошло название этого вида сахара. Галактоза - C6H12O6  -отличается от глюкозы пространственным расположением водородной и гидроксильной групп у 4-го углеродного атома. Содержится в животных и растительных организмах, в микроорганизмах, молоке, сахарной свекле, камеди, некоторых энергетических напитках, в клетках головного мозга, нервных тканях.

Фруктоза C6H12O6 кетоноспирт –белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Смеси с ней входят в состав мёда.

Химические свойства моносахаридов

Окисление:

(С5Н11O6)СОН+2[Ag(NH3)2]OH=(C6H11O5)COONH4+2Ag+3NH3+H2O

Взаимодействие с гидроксидом меди (II);

Восстановление.

Реакция этерификации.

Брожение:

а)спиртовое: C6H12O6 → 2CH3-CH2OH+ CO2

  б)молочнокислое брожение: C6H12O6 → 2CH3-CHOH-COOH

  в)маслянокислое брожение: C6H12O6  → C3H7COOH + 2H2 + 2CO2

Сложные углеводы

Сахароза C12H22O11- бесцветные кристаллы состоят из циклических формул фруктозы и глюкозы, соединённых атомом кислорода. Встречается во многих фруктах, плодах и ягодах, сахарной свёкле и сахарном тростнике.

Мальтоза C₁₂H₂₂O₁₁ – обнаружена в солоде, семенах ячменя, Она содержит два остатка Д-глюкопиранозы, соединенных между собой a-  гликозидной связью.

Лактоза C₁₂H₂₂O₁₁ —содержится в молоке и молочных продуктах, состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы.

Химические свойства дисахаридов.

Гидролиз:

С аммиачным раствором оксида серебра:

С гидроксидом меди (II):

Высокомолекулярные или полисахариды.

Крахмал - (C6H10O5)n -безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде, при сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

ЦеллюлозаC6H10O5)n. состоит из остатков β-глюкозы, соединённых гликозидными связями.

Это белое, твёрдое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании, горит, нерастворима в воде, слабых кислотах и большинстве органических растворителей, составная часть клеточных оболочек всех растений.

Гликоген –построен из звеньев D-глюкопиранозы, связанных гликозидными связями. По химической структуре и пространственному строению близок к амилопектину. Однако, амилопектин является резервным полисахаридом растений, а гликоген – животных.

Химические свойства полисахаридов

Гидролиз:        

(C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 → nC6H12O6

                                                    глюкоза

Гидролиз протекает ступенчато:

(C6H10O5)n → (C6H10O5)m → xC12H22O11 →  n C6H12O6       

крахмал         декстрины        мальтоза          глюкоза

Качественная реакция: Охлаждённый крахмальный клейстер + I2 (раствор) = синее окрашивание, которое исчезает при нагревании.

Нитрование                                      

(C6H7O2(OH)3)n + 3nHNO3 H2SO4(конц.)→ (C6H7O2(ONO2)3)n + 3nH2O

                                                                              пироксилин

Взаимодействие с уксусной кислотой:                                              

(C6H7O2(OH)3)n + 3nCH3COOH H2SO4(конц.)→ (C6H7O2(OCOCH3)3)n + 3nH2O

                                                                          триацетилцеллюлоза

Биологическая роль и функции углеводов, их содержание в различных тканях и органах тела человека.

Углеводы выполняют следующие функции:

Энергетическая.  Являются основным энергетическим источником для всех видов работ, происходящих в клетках. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. При окислении 1 г углеводов выделяется 17кДж энергии.

Пластическая. Рибоза и дезоксирибоза используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот, входят в состав некоторых ферментов, являются компонентами клеточных мембран, входят в состав сложных белков хрящевой и других тканей.

Резервная (запасающая). Углеводы запасаются в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена.

Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; находятся в слизистых веществах, покрывающих поверхность сосудов, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий, вирусов, а также от механических повреждений.

Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, выполняют роль антикоагулянтов, являются рецепторами гормонов, оказывают противоопухолевое действие. 

Регуляторная. Входят в состав мембранных рецепторов, участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Клетчатка из пищи активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ. Рибоза и дезоксирибоза используются для синтеза нуклеиновых кислот. Глюкоза используется для образования гликогена, для питания тканей сердечной мышцы, для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени.

        Фруктоза является легкоусвояемым сахаром. Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови, отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры.

        Крахмал имеет основное пищевое значение. Гликоген используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем.

        Ферментативные превращения углеводов в пищеварительной системе.

В ротовой полости начинается пищеварение крахмала под воздействием амилазы слюны, при этом образуются дектстрины и мальтоза. Большая часть молекул полисахаридов не успевает гидролизоваться во рту. Смесь крупных молекул такими как мальтозой, глюкозой- поступает в желудок. Сильно кислая среда желудочного сока угнетает ферменты слюны, поэтому дальнейшие превращения углеводов происходят в кишечнике, сок которого содержит бикарбонаты, нейтрализующие соляную кислоту желудочного сока.

Схема превращений углеводов в пищеварительной системе представлена на схеме.

Моносахаориды получают энергию, взаимодействуя с молекулой АТФ в реакциях, продуктами которых являются фосфорные эфиры моносахаридов. При переходе из кишечной стенки в кровь фосфорные эфиры расщепляются фосфатазами, и в кровоток поступают свободные моносахариды.

Практическая часть

Химический эксперимент по обнаружения углеводов в продуктах питания.

Обнаружение крахмала в продуктах питания

Для исследования я использовала: картофель; белый хлеб; отварная гречка, отварной рис, банан, яблоко, спиртовой раствор йода; дистиллированная вода. После проведенного эксперимента (приложение 1) по изменению цвета раствора йода я пришла к выводу, что самое большое содержание крахмала в хлебе, а в банане его очень мало.

Обнаружение глюкозы в продуктах питания

Для исследования я взяла яблоко, виноград, огурец. После проведенного эксперимента (приложение 2) я определила, что в представленных соках есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это вещество и есть глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт.

Обнаружение сахарозы и лактозы

Я исследовала молочное мороженое, два вида шоколада: темный («Российский») и молочный («Аленка»). После проведенного эксперимента (приложение 3) в мороженом я обнаружила нециклическую (альдегидную) форму лактозы, в обоих шоколадках нашла сахарозу, а в молочном шоколаде еще и лактозу.

Суточная норма употребления углеводов

        По своей энергетической ценности углеводы равноценны белкам (1 г углеводов при сгорании в организме освобождает 4 ккал).        Обмен углеводов связан с обменом жиров. Если энергозатраты высоки и не компенсируются углеводами пищи, в организме начинается образование сахара из жира. В то же время ограниченная способность углеводов запасаться в организме влечет за собой относительно легкое превращение их избыточного количества в жир, который накапливается в жировых депо. Наиболее низкую потребность в углеводах испытывают люди умственного труда, ведущие малоподвижный образ жизни.

Суточная доза зависит не только от возрастных факторов, но и от ежедневной физической нагрузки. Так, к примеру, младенцы 1-го месяца отроду и вовсе не нуждаются в углеводах, источниках энергии. В дошкольном возрасте дневная норма постепенно увеличивается и к 8 годам достигает 100 г. Рацион подростка должен быть составлен таким образом, чтоб в сутки он потреблял от 100 до 350 г. Взрослый человек нуждается, опять-таки, от 100 до 450 г углеводов.

Таблица, разъясняющая, сколько углеводов необходимо употреблять в день. (Приложение 4).

Влияние потребления углеводов на здоровье человека

        Итак, мы выяснили, что углеводы - основной источник энергии, который необходим для нормальной стабильной работы внутренних органов, способствуют укреплению мышц, стабилизируют деление клеток и нормализуют динамику роста.

        Некоторые углеводы обладают и выраженной биологической активностью, выполняя специализированные функции. Это гетерополисахариды крови, определяющие группы крови, гепарин, предотвращающий образование тромбов, аскорбиновая кислота, обладающая С-витаминными свойствами, маркерная специфичность за счет углеводсодержащих компонентов в ферментах, гормонах и др. Полезной функцией углеводов является защита организма от вирусов и механических повреждений изнутри.

        А вот сложные углеводы, обеспечивают нормальную перистальтику кишечника, выводят токсичные вещества из организма, помогают выводить плохой холестерин, нормализуют микрофлору кишечника. Глюкоза вместе с сахарозой обеспечивают питание для мозга. Глюкоза требуется для печени – она участвует в процессе образования гликогена. Фруктоза полезна для больных сахарным диабетом, поскольку в процессе ее расщепления не участвует инсулин.

        Однако нужно знать и когда создается негативное влияние углеводов на организм человека. Систематическое чрезмерное употребление сахара и других легкоусвояемых углеводов способствует проявлению скрытого сахарного диабета из-за перегрузки, а затем истощения клеток поджелудочной железы, которая вырабатывает необходимый для усвоения глюкозы инсулин. Кроме того, избыток глюкозы может вызвать наркотический эффект, который называется «углеводный голод». Повреждаются сосуды, гемоглобин хуже переносит кислород и приводит к ишемической болезни сердца, инсульту и болезни Альцгеймера, нарушается способность почек удалять мочевину, появляется катаракта.

        Вывод: Таким образом в результате работы над проектом я пришла к выводу, что правы как те, которые называют углеводы главными виновниками ненавистных лишних сантиметров на талии и различных заболеваний так и те, кто уверяют, что углеводы являются основой здорового питания. Главное необходимо просто все употреблять в меру и тогда не будет никаких проблем.

Литература

1. Кочетков Н.К. Химия углеводов . - М. : Химия. 1967.

2. Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов (моносахариды). – М.: Высшая школа. 1977.

3. Быков А.Ф., Афанасьев В.А., Заиков Г.Е. Углеводы.- М.: Наука. 1980

4. Березин Б.Д. Курс современной органической химии.-М.: Высшая школа. 1999.

5. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия.-М.: Медицина, 1991.

Интернет сайты:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/глюкоза 
2. https://foodandhealth.ru/komponenty-pitaniya/galaktoza/ 
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/фруктоза 
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/сахароза 
5. https://magictemple.ru/maltoza-sostoit-iz 
6. https://www.calc.ru/Disakharidy-Svoystva-Disakharidov.html 
7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Крахмал 
8. https://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/10-klass---tretij-god-obucenia/urok-no49-celluloza-ee-stroenie-i-himiceskie-svojstva-primenenie-cellulozy-acetatnoe-volokno 
9. https://studfiles.net/preview/4590340/ 
10. https://studfiles.net/preview/2770565/page:5/ 

https://vsegdazdorov.net/story/vliyanie-uglevodov-na-organizm-cheloveka

Приложение 1.

Обнаружение крахмала в продуктах питания

Крахмал дает цветную реакцию с раствором йода - окрашивается в темно–синий цвет.

Материалы и реактивы: картофель; белый хлеб; отварная гречка, отварной рис, банан, яблоко, спиртовой раствор йода; дистиллированная вода.

Оборудование: пробирки; ступка с  пестиком.

Ход работы:

Исследуемые твердые продукты по отдельности растерла до кашецообразного состояния в ступке. В шесть пронумерованных пробирок поместила по 0,5 –1 г растертых продуктов. Во все пробирки добавила по 2 – 3 см3 дистиллированной воды и пробы тщательно перемешала. Добавила в пробирки по 1 – 2 капли раствора йода. Отметила пробирки, в которых наблюдается синее окрашивание.

Вывод: По изменению цвета раствора йода я пришла к выводу, что самое большое содержание крахмала в хлебе, а в банане его очень мало.

Приложение 2.

Обнаружение глюкозы в продуктах питания

Материалы и реактивы: яблоко, виноград, огурец, 5- 10% раствор NaOH и 10 % раствора CuSO4.

Оборудование: пробирки; ступка с  пестиком, спиртовка, держатель, дистиллированная вода, спички.

Ход работы:

Натерла на терке виноград, яблоко и огурец и выжала сок. Приготовила в пробирке гидроксид меди Сu(ОН)2. Для этого добавила 2-3 капли раствора медного купороса к 0,5-1 мл раствора едкого натра. Полученный осадок разлила в 3 пробирки, прибавила равные объемы соков и встряхнула пробирки. Во всех пробирках садок растворился, получился синий раствор. Такая реакция характерна для многоатомных спиртов. Теперь нагрела до кипения пробирки с полученными синими растворами. Они сначала пожелтели, затем стали оранжевыми, а после охлаждения выпал красный осадок оксида меди Cu2O. Эта реакция характерна для другого класса органических соединений - для альдегидов. Значит, в представленных соках есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это вещество и есть глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт.

Приложение 3.

Обнаружение сахарозы и лактозы

Материалы и реактивы: молочное мороженое, два вида шоколада: темный («Российский») и молочный («Аленка»), 5-10 % раствор NaOH и 10% раствор CuSO4.

Оборудование: пробирки; спиртовка, дистиллированная вода, спички.

Мороженое на молочной основе содержит дисахариды лактозу и сахарозу. В пробирку налила1 мл такого мороженого и добавила 5-7 мл дистиллированной воды. Закрыла пробирку пробкой и встряхнула несколько раз. К фильтрату добавила 1 мл 5-10 % раствора NaOH и 2-3 капли на 10 % раствора CuSO4. Содержимое пробирки осторожно встряхнула. Образуется ярко-синий раствор комплексного соединения сахарозы и лактозы с медью(II). Это качественная реакция на многоатомные спирты. Затем полученный раствор нагрела на спиртовке. Раствор меняет цвет на оранжевый CuОН, который затем разлагается до Cu2O красного цвета. Это реакция нециклической (альдегидной) формы лактозы.

Теперь исследую шоколад.  В молочном шоколаде помимо сахарозы содержится лактоза (восстанавливающий сахарид), а в черном – только сахароза (невосстанавливающий сахарид).

Насыпала в одну пробирку тёртый горький шоколад (примерно 1 см по высоте), а в другую – молочный шоколад. В обе пробирки прилила по 2 мл дистиллированной воды. Встряхнула с 1 мл 10% NaOH и 2-3 каплями 10% раствора сульфата меди(II). В обеих пробирках появилось ярко-синее окрашивание. Такую реакцию даёт сахароза, представляющая собой многоатомный спирт.

Содержимое обеих пробирок нагрела, в пробирке с молочным шоколадом появляется осадок красного цвета, следовательно, молочный шоколад содержит восстанавливающий сахар лактозу.

(Приложение 4).

Таблица, разъясняющая, сколько углеводов необходимо употреблять в день.

(Приложение 5).