Методическая разработка для студентов I курса. Химия углеводов
учебно-методическое пособие
Методическая разработка по МДК 03.01 Теория и практика лабораторных биохимических исследований по разделу Биоорганических соединений на тему Химия углеводов. Данная тема представлена 2 лекциями (4 часа): лекция 2.1.1 Общая характеристика углеводов и лекция 2.1.2 Классификация и физико-химические свойства углеводов.
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
prezentatsiya_mdk03.01_himiya_uglevodov.zip | 2.86 МБ |
Подписи к слайдам:
Раздел 2. Химия биоорганических соединений Тема 2.1 Химия углеводов Теоретические занятия – 4 часа: Лекция 2.1.1. Общая характеристика углеводов. Лекция 2.1.2. Классификация, физико-химические свойства углеводов.
Цели Образовательные: Обобщить, систематизировать, углубить и закрепить теоретические знания, полученные студентами на лекциях и в процессе самостоятельной работы над предложенной темой; Проконтролировать и оценить степень усвоения студентами материала изучаемых тем. Развивающие: Развивать логическое мышление и творческую активность студентов, умение анализировать, сравнивать; Развивать делать выводы относительно однотипных заданий. Воспитательные: Воспитывать познавательный интерес к изучаемой дисциплине; Воспитывать профессиональные навыки при выполнении заданий, имеющих непосредственное отношение к выбранной профессии.
Лекция 2.1.1. Общая характеристика углеводов. ЗАДАЧИ: Изучить историю открытия углеводов; Изучить общую характеристику углеводов; Изучить содержание углеводов в веществах растительного и животного происхождения; Изучить биологическую роль углеводов; Изучить пищевую ценность углеводов. Изучить применение углеводов в медицине и производстве.
История открытия углеводов В Древней Индии - сахароза
История открытия углеводов
Характеристика углеводов Углеводы – это класс соединений, образованных углеродом, водородом и кислородом, с наиболее часто встречающейся химической формулой: Углеводы органические вещества, содержащие неразветвленную цепь из нескольких атомов углерода, карбонильную группу, а также несколько гидроксильных групп (многоатомные спирты)
Биологическая роль Энергетическая. При окислении 1 г углеводов выделяется 17кДж энергии (4,1ккал). В качестве основного энергетического источника используется свободная глюкоза или запасы углеводов в виде гликогена . Пластическая. Углеводы используются для построения АТФ, АДФ и нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются компонентами клеточных мембран. Резервная. Углеводы запасаются в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена .
Биологическая роль Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды 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 ряда гормонов или фармакологических веществ, оказывают противоопухолевое действие. Регуляторная. Клетчатка пищи не расщепляется в кишечнике, но активирует перистальтику кишечника, ферменты пищеварительного тракта, усвоение питательных веществ.
Содержание углеводов В растениях до 80% От животных до 2 % Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.
Содержание углеводов Простые углеводы Сложные углеводы
Пищевая ценность
Функции усваиваемых углеводов Глюкоза является основной формой, обеспечивая энергетические нужды организма. Избыток сахара превращается в гликоген, который расходуется как источник глюкозы, если мало углеводов поступает с пищей. При потреблении фруктозы уровень глюкозы в крови увеличивается менее резко. Фруктоза в большей степени задерживается печенью, а поступив в кровь, скорее вступает в обменные процессы. Утилизация фруктозы не требует инсулина, поэтому она может потребляться и больными сахарным диабетом.
Функции неусваиваемых углеводов Не усваиваемые углеводы не утилизируются ; Составляют (вместе с лигнином) пищевые волокна , чем важны для пищеварения Пищевые волокна выполняют следующие функции в организме человека: стимулируют моторную функцию кишечника; препятствуют всасыванию холестерина; играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов; способствуют снижению токсичных веществ жизнедеятельности микроорганизмов и выведению из организма токсичных элементов. Суточная норма пищевых волокон составляет 20–25 г.
Применение углеводов в Медицине Экспериментальная биология : для хроматографии используются декстраны Клиническая медицина: декстраны сердечные гликозиды препараты, содержащие хондроитинсульфат и глюкозамины ; кристаллическая целлюлоза , лактулоза гепарин гликозидные антибактериальные средства ( стрептомицин, эритромицин) В парентеральном питании широко применяют: фруктозу, глюкозу, сорбитол, декстран , глицерол .
Применение углеводов в Производстве Брожение – процесс с участием углеводов, используемый в ряде пищевых технологий: в производстве кисломолочных продуктов, пива, кваса, спирта, вина, во время тестоприготовления . Различают несколько видов брожения: спиртовое , молочнокислое , уксуснокислое, пропионовокислое , маслянокислое .
Вопросы для закрепления Из каких растений получают сахар? Из каких элементов состоят углеводы? Назовите главный источник содержания углеводов. В чем заключается биологическая роль углеводов? Какая функция у неусвояемых углеводов?
Ответы на вопросы Вопрос Ответ 1. Из каких растений получают сахар? Тростник и свекла 2. Из каких элементов состоят углеводы? Углерод, водород и кислород 3. Назовите главный источник содержания углеводов 80% растительного происхождения 4. В чем заключается биологическая роль углеводов? 1. Энергетическая. 2. Пластическая. 3. Резервная. 4. Защитная. 5. Специфическая. 6. Регуляторная. 5. Какая функция у неусвояемых углеводов? Пищевые волокна: -стимулируют моторную функцию кишечника; -препятствуют всасыванию холестерина; -играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов; -оказывают влияние на липидный обмен, нарушение которого приводит к ожирению; -адсорбируют желчные кислоты; способствуют снижению токсичных веществ жизнедеятельности микроорганизмов и выведению из организма токсичных элементов.
Внеаудиторная работа Учебный материал по теме лекции
Лекция 2.1.2. Классификация, физико-химические свойства углеводов. ЗАДАЧИ: Изучить классификацию углеводов Изучить строение, физико-химические свойства альдоз и кетоз . Изучить строение сахарозы, лактозы, мальтозы. Изучить химические свойства дисахаридов. Изучить строение полисахаридов. Изучить свойства полисахаридов.
Классификация углеводов Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы . Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др. Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз ( альдегидоспиртов ), если кетонную – к классу кетоз ( кетоспиртов ). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С 3 ), тетрозы (С 4 ), пентозы (С 5 ), гексозы (С 6 ) и т.д. Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы ) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные (дисахариды). Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu2+, Ag +) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие . Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды . Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов. Задание! Согласно представленному тексту оформить простую схему. Исполнение задания 3-5 минут.
Классификация углеводов Правильная схема
Моносахариды Это углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов. У них число атомов углерода равно числу атомов кислорода (СnН 2 nОn): триозы (C3H6O3) – альдоза , кетоза тетрозы (С4Н8О4) – элитроза , треоза пентозы (С5Н10О5) – арабиноза, ксилоза, рибоза гексозы (С6Н12О6) – глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза.
Моносахариды Глюкоза (пример альдогексозы ) Фруктоза (пример кетогексозы ) Рибоза (пример альдопентозы) Структурные формулы циклической формы Структурные формулы циклической формы Структурные формулы циклической формы Структурные формулы линейной формы Структурные формулы линейной формы Структурные формулы линейной формы
Триозы - продукты распада углеводов в тканях. Они образуются в фосфорилированном состоянии при расщеплении фруктозо-1,6-дифосфорной кислоты. В тканях фосфотриозы не накапливаются, а подвергаются дальнейшим превращениям. С = О Н СНОН СН 2 ОН глицериновый альдегид СН 2 ОН СН 2 ОН С = О диоксиацетон СН 2 ОН СНОН СН 2 ОН глицерин Они образуются при окислении трехатомного спирта глицерина. В случае окисления первичной спиртовой группы образуется глицериновый альдегид , а при окислении вторичной- диоксиацетон
Тетрозы Последняя возникает как промежуточный продукт при фотосинтезе, а также при пентозном цикле распада углеводов в организме человека. Цепочка состоит из четырех углеродных атомов. К тетрозам относятся эритроза и эритрулоза : СН 2 ОН С =О СНОН СН 2 ОН эритроза С Н СНОН СНОН СН 2 ОН О эритрулоза
Пентозы Ксилоза часто встречается в растениях. Цепочка состоит из пяти углеродных атомов. К пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза , которые входят в состав РНК и ДНК, рибоза образуется так же в пентозном цикле распада глюкозы: Н НОН 2 С ОН НО НО ОН О Н Н рибоза Н НОН 2 С ОН НО Н ОН О Н Н дезоксирибоза Входят в состав мононуклеотидов нуклеиновых кислот.
Гексозы – простые сахара, содержащие в молекуле шесть атомов углерода. Гексозы, поступающие в организм являются главным источником энергии — при разложении 1 г гексоз высвобождается около 4,1 ккал). В живых организмах встречаются только альдогексозы — d-глюкоза и d-галактоза, d-манноза (только в растениях) — и кетогексоза — d-фруктоза.
Д-глюкоза , виноградный сахар, декстроза, альдегидо -спирт, основной углевод организма, т.к. является основным источником энергии, входит в состав многих олиго- и полисахаридов. Формы существования:
Д-галактоза является пространственным изомером глюкозы, составной частью молочного сахара (лактозы), а также некоторых полисахаридов и составной частью цереброзидов - сложных липидов (гликолипидов), входящих в состав мозга. Может изомеризоваться в глюкозу в печени, молочной железе. ОН Н Н Н Н ОН СН 2 ОН О ОН ОН ГЛЮКОЗА ОН СН 2 ОН Н Н О Н Н О ОН ОН ГАЛАКТОЗА Н
Д-фруктоза , плодовый сахар, является изомером глюкозы, кетоза , левулеза содержится в плодах, фруктах, меде . Вращает поляризованный луч влево, отсюда название - левулеза. Фруктоза входит в состав сахарозы . ОН О СН 2 ОН ОНН 2 С ОН НО Н Н Н ОН О СН 2 ОН ОНН 2 С ОН НО Н Н Н При распаде расходуется меньше энергии, чем при распаде глюкозы.
Свойства альдоз и гексоз Физические свойства: бесцветные кристалические вещества обладают сладким вкусом (фруктоза в 3 раза слаще глюкозы) легко растворимые в воде, плохо — в спирте и совсем нерастворимые в эфире.
Свойства альдоз и гексоз Химические свойства : Глюкоза всасывается быстро, галактоза – медленнее, а фруктоза – в 2 раза медленнее. Являясь двуфункциональным соединением, глюкоза проявляет свойства многоатомного спирта и альдегида (в растворе) - качественная реакция. Содержат карбонильную (альдегидную или кетонную ) группу, поэтому их можно рассматривать как производные многоатомных спиртов.
Химические свойства : Горение (а также полное окисление в живом организме): C6H12O6 + 6O2 6CO2 +6H2O Как многоатомный спирт при комнатной температуре реагирует с Cu (OH)2, образуя раствор синего цвета. Как альдегид окисляется аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала) или гидроксидом меди(II) (качественные реакции): HOCH2—(CHOH)4—CHO+ Ag2O HOCH2—(CHOH)4—COOH+2Ag глюкоза глюконовая кислота HOCH2—(CHOH)4—CHO + Cu (OH)2 HOCH2—(CHOH)4—COOH + Cu2O + 2H2O Как альдегид вступает в реакции присоединения (восстанавливается): HOCH2—(CHOH)4—CHO+ H2 HOCH2—(CHOH)4—CH2OH глюкоза сорбит (гексангексаол-1,2,3,4,5,6)
Химические свойства : Реакции гидроксильной группы: взаимодействие с гидроксидом меди (II) – ярко синий раствор моносахариды (глюкоза) участвуют в специфических ферментативных процессах. Расщепление глюкозы под действием ферментов: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2↑ – спиртовое брожение, C6H12O6 → 2CH3CH(OH)COOH – молочнокислое брожение.
Аминосахариды Это производные моносахаридов, в молекуле которых один атом водорода заменен на аминную группу (NН3). Большинство природных аминосахаров представляет собой: 2-дезокси-2-аминоальдозы, из которых наиболее широко распространены 2-дезокси-2-амино-D-глюкоза (называемая также глюкозамином или хитозамином ) 2-дезокси-2-амино-D-галактоза ( галактозамин , или хондрозамин )
Дисахариды Олигосахариды - сахара, имеющие в своем составе две или более молекул моносахаров , соединенных друг с другом гликозидной связью, т.е. идущей от альдегидной (или кетонной ) группы одного моносахарида к какой-либо группе другого моносахарида. Дисахариды - сахара, имеющие в своем составе две молекулы моносахаров . Молекулы моносахаров соединены между собой 1-4-гликозидной связью. В результате соединения двух моносахаридов друг с другом выделяется молекула воды. К дисахаридам относятся сахароза, лактоза и мальтоза . ( С 12 Н 22 О 11 )
Свойства дисахаридов Обладают сладким вкусом, но сладость их неодинакова. Для характеристики степени сладости различных углеводов обычно сладость сахарозы принимают за 100%, а сладость лактозы – 16%. Все дисахариды гидролизуются в кислой среде или под влиянием ферментов по гликозидной связи с освобождением моносахаридов (моносахариды в этих условиях не гидролизуются). К восстанавливающим дисахаридам относят мальтозу и лактозу, поскольку они окисляются ионами серебра (I) и меди (II). Сахароза это невосстанавливающий дисахарид. Дисахариды, как и моносахариды образуют простые и сложные эфиры при взаимодействии, соответственно, с галогеноалканами или ангидридами кислот. Дисахариды, как и моносахариды являются многоатомными спиртами. Дисахариды, которые имеют свободный полуацетальный гидроксил (лактоза, мальтоза) способны образовывать гликозиды.
Полисахариды Полисахариды – это высокомолекулярные вещества, состоящие из большого количества (сотен и тысяч) остатков моносахаридов. Сложные углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода. (С 6 Н 10 О 5 )n
К важнейшим гомополисахаридам относятся крахмал, клетчатка (целлюлоза), гликоген, инулин, пектиновые вещества. Крахмал. Содержание крахмала в зернах пшеницы достигает 75%, риса - 80%, в клубнях картофеля - 25%. Крахмал существует в формах: амилозы и амилопектина.
Гликоген полисахарид с разветвленной цепью, разветвления повторяются через каждые 8-12 остатков глюкозы. Молекула гликогена построена из остатков глюкозы, соединенных друг с другом 1,4- и 1,6-гликозидными связями.
Клетчатка ( целлюлоза ) растительный полисахарид, состоящий из остатков β-глюкозы, что препятствует расщеплению ее пищеварительными ферментами человека и животных (исключение составляют некоторые микроорганизмы). Имеет линейное строение, 1000 и более мономеров в молекуле.
Свойства крахмала и целлюлозы Физические свойства крахмала и клетчатки . Крахмал – аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде, но частично растворимое в горячей (набухает) Целлюлоза – порошок белого цвета, не растворимый в воде, не набухает даже в горячей воде. Химические свойства крахмала и клетчатки. Горение (практическое значение имеет для целлюлозы) Крахмал и целлюлоза подвергаются гидролизу, однако целлюлоза значительно труднее подвергается гидролизу, чем крахмал. При гидролизе крахмала и целлюлозы образуется - глюкоза. Качественная реакция на крахмал: с йодом возникает синее окрашивание. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха приводит к образованию метанола, уксусной кислоты, ацетона и др. продуктов. С уксусной и азотной кислотой целлюлоза образует сложные эфиры
Гетерополисахариды - полигликозиды , в состав которых кроме глюкозы входят другие сахара или их производные ( аминосахара ). В их составе обнаружены также: азотистые основания; органические кислоты. Мукополисахариды Гиалуроновая кислота Хондроитинсульфаты Гепарин Сиаловые кислоты
Тест для закрепления Задание: Ответьте на 10 вопросов. Выберете один правильный ответ. Критерии оценки: 10-9 баллов – отлично «5» 8 баллов– хорошо «4» 7 баллов – удовлетворительно «3» 6 и менее баллов– неудовлетворительно «2»
Студентам раздать тестовые задания на печатном носителе 1. К гексозам относятся: А) глюкоза Б) фруктоза В) галактоза Г) все перечисленное верно 2. Рибоза и дезоксирибоза относятся к: А) гексозам Б) пентозам В) тетрозам Г) триозам 3. К тетрозам относятся: А) глюкоза Б) фруктоза В) рибоза Г) эритроза 4. К олигосахаридам относятся: А) сахароза Б) лактоза В) мальтоза Г) все перечисленное верно 5. Лактоза это: А) тростниковый сахар Б) молочный сахар В) солодовый сахар Г) все перечисленное верно 6. Сахароза относится к классу: А) моносахаридов Б) олигосахаридов В) гомополисахаридов Г) гетерополисахаридов 7. Мальтоза состоит из: А) глюкозы и глюкозы Б) глюкозы и фруктозы В) глюкозы и галактозы Г) галактозы и фруктозы 8. Запасной формулой глюкозы в животном организме является: А) крахмал Б) гликоген В) клетчатка Г) все перечисленное верно 9. К гомополисахаридам относятся: А) крахмал Б) клетчатка В) гликоген Г) все перечисленное верно 10. К гетерополисахаридам относятся: А) гепарин Б) гиалуроновая кислота В) хондроитин сульфаты Г) все перечисленное верно
Проверка тестовых заданий 1. К гексозам относятся: А) глюкоза Б) фруктоза В) галактоза Г) все перечисленное верно 2. Рибоза и дезоксирибоза относятся к: А) гексозам Б) пентозам В) тетрозам Г) триозам 3. К тетрозам относятся: А) глюкоза Б) фруктоза В) рибоза Г) эритроза 4. К олигосахаридам относятся: А) сахароза Б) лактоза В) мальтоза Г) все перечисленное верно 5. Лактоза это: А) тростниковый сахар Б) молочный сахар В) солодовый сахар Г) все перечисленное верно 6. Сахароза относится к классу: А) моносахаридов Б) олигосахаридов В) гомополисахаридов Г) гетерополисахаридов 7. Мальтоза состоит из: А) глюкозы и глюкозы Б) глюкозы и фруктозы В) глюкозы и галактозы Г) галактозы и фруктозы 8. Запасной формулой глюкозы в животном организме является: А) крахмал Б) гликоген В) клетчатка Г) все перечисленное верно 9. К гомополисахаридам относятся: А) крахмал Б) клетчатка В) гликоген Г) все перечисленное верно 10. К гетерополисахаридам относятся: А) гепарин Б) гиалуроновая кислота В) хондроитин сульфаты Г) все перечисленное верно
Внеаудиторная работа Название дисахарида Состав дисахарида Учебный материал по теме лекции; Оформить в рабочую тетрадь сводную таблицу «Строение дисахаридов» :
Список источников Основные источники: Учебник «Теория и практика лабораторных биохимических исследований» Н.В.Любимова , И.В.Бабкина , Ю.С.Тимофеев , учебное пособие.- М.: Гэотар -медиа, 2019. Л.М. Пустовалова Теория лабораторных биохимических исследований, Ростов н/Д; Феникс, 2016 г.- 397, с.-(Среднее медицинское образование) Кишкун А.А. Клиническая лабораторная диагностика: учебное пособие.- М.: Гэотар -медиа, 2013.-с.1000 Клиническая лабораторная диагностика: Т. 1, 2 / под ред. профессора В. В.Долгова . — М. : ООО « Лабдиаг », 2018. —624 с. Интернет-ресурсы: http://www.biokhimija.ru/ http://humbio.ru/humbio/biochem/000b6185.htm http://www.xumuk.ru/ http://meduniver.com/Medical/Biology/2.html http://www.biochemistry.ru/biohimija_severina/B5873Content.html
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Методические разработки для студентов СПО в помощь изучению курса "Основы научно-исследовательской деятельности"
Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов СПО по дисциплине "Основы научно-исследовательской деятельности" специальности 46.02.01 "Документационное обеспечение управлен...
Методическая разработка практического занятия по фармацевтической химии для преподавателя Тема: «Внутриаптечный контроль лекарственных форм с лекарственными средствами IV и III групп периодической системы» Специальность 33.01.02«Фармация» II курс
Методическая разработка практического занятия по теме: «Внутриаптечный контроль лекарственных форм с лекарственными средствами IV и III групп периодической системы. Концентрированный раствор натрия ги...
Методическая разработка календарно-тематический план по химии
Календарно тематическое планирование по химии для среднего образовательного учреждения...
Методическая разработка открытого практического занятия по химии "Получение и свойства карбоновых кислот"
Данная работа рекомендуется для использования при подготовке специалистов по профессии среднего профессионального образования 29.01.05 Закройщик. Урок построен с применением методов проблемного обучен...
Методическая разработка открытого урока по аналитической химии "Частные реакции катионов четвертой аналитической группы"
Разработка урока по аналитической химии...
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОЛИМПИАДА ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ»
Внеклассная работа по учебной дисциплине «Химия» является неотъемлемой частью плана учебно-воспитательного процесса колледжа.Внеклассная работа по химии – это система учеб...
Методическая разработка к обобщающему уроку по химии в форме интерактивной викторины "Удивительный мир химии"
Материал для развития познавательной активности обучающихся, углубленного изучения органической химии. Можно использовать при проведения внеклассных мероприятий....