Мономер молекулы целлюлозы: Мономером целлюлозы является: 1 фруктоза 2 сахароза 3 глюкоза 4 рибоза

    Озонируемый полимер может быть в виде волокна или пленки (в этом случае прививка происходит на поверхности) или находиться в растворе. В качестве исходных полимеров использовали полиэтилен, поливинилхлорид и полибутадиен. Изотактические и атактические ноли-а-олефины также подвергали озонированию, после чего проводили привитую сополимеризацию с виниловыми мономерами. Полиамидные и полистирольные волокна и пленки [161, 162] озонировали и затем осуществляли модификацию их поверхности прививкой полистирола и различных полярных виниловых мономеров. Целлюлозу и крахмал также озонировали и модифицировали прививкой виниловых мономеров [163, 164]. 

    Рабочее давление в пластикаторах и мельницах, как правило, меньше 10 Мн/м (10 кгс/см ), и константы скорости элементарных реакций радикалов не сильно отличаются от значений, характерных для ненапряженного материала. При пластикации и измельчении различных макромолекулярных систем осуществлены синтезы многих блоксополимеров (напр., каучука или целлюлозы с мономерами винилового ряда), привитых сополимеров (системы полимер — наполнитель), механохимич. полимеризация и др. [c.121]

    МЕТОД РАДИАЦИОННОЙ ПРИВИТОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВИНИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ НА ЦЕЛЛЮЛОЗЕ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ 

    Как известно из литературы, большинство исследователей радиационную прививку полимерных цепей к целлюлозе проводят облучением целлюлозы в присутствии растворов виниловых мономеров. [c.153]

    В наших опытах непрерывная подача паров виниловых мономеров (акрилонитрила, 2-винилпиридина, винилиденхлорида) к целлюлозе в процессе облучения проводилась по схеме, указанной на [c.153]

    Образование макрорадикала при окислении целлюлозы солями марганца(П1) протекает по тому же механизму, что и солями церия (IV) — окисляются гликолевые группировки с разрывом пиранозного цикла и образованием свободного радикала. Пирофосфат марганца(III), как и соли церия, может вызывать гомополимеризацию виниловых мономеров, которая и в данном случае протекает с определенным индукционным периодом. Поэтому надо осуществить прививку до окончания индукционного периода. Количество гомополимера составляет 10— 15% от общего количества прореагировавшего мономера. При осуществлении прививки из газовой фазы на волокно, пропитанное раствором пирофосфата марганца(1П), образование гомополимера исключается 

    Шапиро [28] описал радиационную прививку некоторых виниловых мономеров к целлюлозе. Кроме того, к искусственному шелку, бумаге, древесной целлюлозе, хлопчатым тканям, пряже и джуту привились следующие мономеры стирол, метилметакрилат и другие акриловые мономеры. Привитая целлюлоза открывает возможности создания новых окрашенных текстильных материалов. Например, сначала целлюлозу красят, а затем на нее прививают полистирол, что дает устойчивую, длительно сохраняющуюся окраску.

    Целлюлоза и бумага с привитыми виниловыми мономерами Хлопок с привитыми акрилонитрилом, стиролом Хлопок с привитым акрилонитрилом 

    Целлюлоза с привитыми виниловыми мономерами Ацетат целлюлозы с привитыми виниловыми соединениями Целлюлоза с привитым стиролом [c.203]

    Основным преимуществом способа образования макрорадикала целлюлозы путем последовательных превращений аминогруппы является полное исключение возможности образования гомополимера. Таким путем был осуществлен синтез привитых сополимеров целлюлозы с 8—10 различными виниловыми мономерами и ни в одном случае гомополимер не образовывался [c.484]

    Разработка эффективного метода синтеза привитых сополимеров с использованием окислительно-восстановительной системы на основе ксантогената целлюлозы позволила осуществить (прививку к целлюлозе виниловых мономеров на основе эфиров фосфорных кислот и акрил-амида [81] общей формулы  

    До последней четверти прошлого века человек потреблял только натуральные высокомолекулярные продукты. История раавития химической обработки (модификации) природных полимеров начинается с синтеза нитроцеллюлозы в 70-е годы XIX в., а в конце векаважного продукта химической модификации целлюлозы — ацетата. Первые синтетические полимеры типа фенолформальде-гндных смол были получены в начале XX в., а начиная с 30-х годов начал осуществляться в промишлениости синтез полимеров методом поликонденсации и полимеризации дненовых и виниловых мономеров, пик развития которого приходится на 40-е годы. В 50-х годах получены стереорегулярные полимеры и разработаны промышленные методы производства пластиков на основе этилена и про-пилена, а на основе изопрена и бутадиена—эластомеров с регулярной и контролируемой структурой и свойствами.  [c.7]

    Полимерные пленочные материалы, под ред. В. Е. Гуля, М., 1976. Л. П. Перепечкин. ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА (пленкообразую щие, пленкообразователи), основные компоненты всех лакокрасочных материалов, обусловливающие формирование прочной пленки при нанесении этих материалов на твердую пов-сть. Использ. преим. в виде р-ров в орг. р-рителях, реже — дисперсий в воде или орг. р-рителях и др. Наиб, распространенные П. в.— термореактивные синт. смолы (алкидные, феноло-формальд., эпоксидные, кремнийорг. и др.). Примен. также сравнительно низкомол. термоплас тичные полимеры (напр., эфиры целлюлозы, сополимеры виниловых мономеров, нек-рые полиакрилаты) и ограниченно — растит, масла (см. Олифы), производные канифоли, битумы. Пленкообразование термореактивных смол и высыхающих растит, масел сопровождается хим. р-циями (т. н. превращаемые, или необратимые, П. в.). Термопластичные П. в. образуют пленку в результате физ. процессов — улетучивания р-рителя или дисперсионной среды (непревращаемые, или обратимые, П. в.). Пленки превращаемых П. в. превосходят пленки непревращаемых по мех, прочности, термо-, атмосферо- и химстойкости важное достоинство непревращаемых П. в,- быстрое высыхание при обычных т-рах. Наяб. перспектявны П. в., на основе к-рых м. б. получены лаки, содержащие в качестве растворителя реакционноспособный мономер (например, полиэфирные лаки), а также водоразбавляемые и порошковые материалы. [c.448]

    Из исследованных сополимеров самое большое увеличение разрывного удлинения и работы, затраченной на разрыв образца, а также наибольшее уменьшение жесткости наблюдается для сополимеров целлюлозы и винилацетата. Сополимеры целлюлозы и стирола, целлюлозы и метилметакрилата характеризуются наибольшим уменьшением работы, затраченной на разрыв. Для сополимеров целлюлозы и акрилонитрила наблюдалось только небольшое уменьшение этой характеристики. Все исследованные волокна имели более низкую жесткость, чем контрольный образец. Данные о влиянии типа винилового мономера на свойства текстильных модифицированных материалов приведены в табл. 7. Применяли два вида тканей из сополимеров миткаль и саржу. Ткани, полученные из модифицированных волокон, подвергали обычной обработке диметилолдиоксиэтилен-мочевиной для сшивания целлюлозы. [c.231]

    Сложные и простые эфиры целлюлозы, пластифицированные виниловыми мономерами и подвергнутые мастикации, образуют блок-полимеры, содержащие небольшие количества гомополимера. Мастикация производных с большим молекулярным весом в присутствии акрилонитрила вообще приводит к образованию псевдоблоксополимеров , которые включают и сшитые фракции. Скопление полиакрилонитрильных цепей в блок-сополиме- [c.310]

    Простые эфирные связи устойчивы к омылению, в то время как сложноэфирные связи при этом разрываются. Следовательно, после омыления остаются только карбоксиэтильные группы, связанные непосредственно с молекулами целлюлозы. Удаление воды из хлопковой целлюлозы, обработанной р-пропиолактоном, путем отгонки азеотропной смеси вода — ксилол [уравнение (61)] приводит к образованию ненасьпценных связей в сложноэфирных группах гидракриловой кислоты, связанных с молекулами целлюлозы. Эти двойные связи являются активными центрами для последующ,ей привитой сополимеризации виниловых мономеров. [c.305]

    Жесткие линзы изготовляют из полиметилметакрилата, основной недостаток которого — непроницаемость для кислорода, приводящая в отдельных случаях к развитию кислородного голодания роговицы. Перспективными материалами для жестких линз являются ацетобутират целлюлозы, имеющий проницаемость для кислорода почти в 100 раз большую, чем полиметилметакрилат, а также сополимеры метилметакрилата и силок-сансодержащих виниловых мономеров. [c.307]

    Иосимуро при изучении реакции взаимодействия щелочной целлюлозы с аллилгалогенидами (аллилхлорид, аллилбромид) показал, что скорость алкилирования аллилбромидом выше, чем аллилхлоридом. Полученная аллилцеллюлоза растворялась в бензоле, ксилоле, циклогексане, диметилформамиде и в ряде виниловых мономеров стироле, метилметакрилате, винилацетате, акри-лонитриле. [c.389]

    Синтезированы привитые сополимеры целлюлозы из смеси двух виниловых мономеров метип-метакрилата (ММА) и винилтиопирролидона (ВТП) в окислительно-восстановительной системе двухвалентного железа и перекиси водорода. [c.417]

    Недавно парофазный метод был применен для модификации целлюлозы [7], причем привитую полимеризацию виниловых мономеров проводили в условиях продувки смеси паров мономера и воды с газоносителем (азотом) через облучаемый целлюлозный материал. В качестве источника излучения использовали Со . Однако количество привитого полиакрилонитрила в этой работе не превышало 6—7% при дозе порядка 7 Мрд. Такая доза вызывает заметную деструкцию целлюлозы, вследствие чего прочность целлюлозных материалов падает. [c.153]

    Если используется полимерный восстановитель, например поливиниловый спирт, а окисление проводится в присутствии винилового мономера, происходит образование привитого сополимера. Этот метод прививки дает в основном чистые привитые сополимеры, поскольку свободные радикалы возникают исключительно в основной цепи полимера. Мино и Кайзерман получили таким образом в водных и эмульсионных системах привитые сополимеры акриламида, акрилонитрила и метилакрилата на целлюлозе, полиглюкозидах, полигалакто-зидах и поливиниловом спирте. Ричардс, Кимура и другие подтвердили эффективность этого метода, прививая практически без образования гомополимера акрилонитрил и стирол на целлюлозу [125] и акрилонитрил на крахмал [126]. [c.24]

    Это мнение оспаривается рядом других авторов, которые утверждают, что ИК-спектры можно использовать для обнаружения прививки. Так, Осика [99] использовал этот метод для доказательства факта прививки в системах хлорированный изотактический полипропилен — виниловые мономеры. Марупов с соавторами [100] утверждают, что с помощью ИК-спектров ими доказана прививка поли (2-метил-5-винил) пиридина на целлюлозу. [c.163]

    Первые работы по синтезу привитых сополимеров целлюлозы относятся к концу сороковых и началу пятидесятых годов нашего столетия. Еще в 1943 г. Ушаков получил виниловые и аллиловые эфиры, целлюлозы и затем осуществил сополимеризацию их с ма-леиновым ангидридом . В 1951 г. была опубликована работа Лен-дела и Вевеля по прививке виниловых мономеров к целлюлозе с использованием окислительно-восстановительных систем в качестве инициаторов, однако механизм реакции и состав полученных продуктов не были исследованы. Наиболее широкое развитие исследования в этой области получили за последние 10—15 лет.  [c.460]

    Условия осуществления прививки винилового мономера, в частности стирола, к целлюлозным материалам (путем непосредственного облучения целлюлозы и мономера или последующей прививки на облученный полимер) значительно влияют на количество привитого полимера и молекулярный вес привитой цепи Полученные Крессигом экспериментальные данные приведены в табл. 48. [c.471]

    Исходя из аллиловых эфиров целлюлозы или крахмала, эфиров целлюлозы и ненасыщенных кислот (метакриловой. кротоновой), получены привитые сополимеры целлюлозы и крахмала с боковыми поливиниловыми цепями. Полимеризацию винилового мономера (метилметакрилата, стирола и других) проводят в этих случаях в присутствии указанного эфира целлюлозы и инициатора (см. стр. 257). Получен также привитой сополимер целлюлозы с боковыми цепями из белка и полиамидов. [c.164]

    Наиболее доступными и широко используемыми флокулянтами являются производные целлюлозы. Целлюлоза — линейный ПС, построенный из звеньев ангидро-В-глюкозы, соединенных /3-1,4-гликозид-ными связями в полимерную молекулу. Среди водорастворимых производных целлюлозы наибольшее практическое применение находят простые эфиры натрийкарбоксиметилцеллюлоза (Ка-КМЦ), оксиэтил-(ОЭЦ) и оксиметил- (ОМЦ) и гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ). Их получают по реакции этерификации целлюлозы алкилгалогенидами, диметилсульфатом (а), виниловыми мономерами (б), этиленоксидом. [c.80]

Коротко о полимерах в полиграфии

Николай Дубина [email protected]

Полимеры (от греч. поли — много и мерос — часть) — это высокомолекулярные, главным образом органические вещества (впрочем, известны и неорганические полимеры, к которым относятся, например, графит, алмаз, стекло, цемент и др.), крупные молекулы которых построены из многократно повторяющихся, совершенно одинаковых для каждого полимера структурных звеньев, образованных из мономеров (от греч. моно — один и мерос — часть). Так, в молекулярной формуле натурального каучука

[—СН₂—СН = С(СН₃)—СН₂—]_n,

отображающей молекулярную цепь, в квадратных скобках заключено структурное звено, образованное из мономера изопрена

СН₂ = СН—С(СН₃) = СН₂,

а n — коэффициент полимеризации, или число, показывающее, сколько раз это структурное звено повторяется в молекуле. Для каучука
n = 10 000. Длина одной макромолекулы каучука, если ее выпрямить в одну линию, составляет около 8 мкм.

По происхождению полимеры можно разделить на природные (целлюлоза, крахмал, каучук и др.) и синтетические (полихлорвинил, полистирол, полиамиды и др.).

Природные полимеры

В полиграфии наиболее широкое применение нашли следующие природные полимеры: полисахариды (целлюлоза, крахмал, камеди), белки (коллаген, глютин, казеин, альбумин) и полидиены (каучук).

Целлюлоза (клетчатка) — природный полимер полисахарид, принадлежащий к классу углеводов. Это прочное волокнистое вещество, из которого состоит опорная ткань всех растительных клеток. Макромолекула целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_n построена из многократно повторяющихся структурных звеньев — остатков b­глюкозы (остатком глюкозы называется то, что остается от ее молекулы после отсоединения молекулы воды).

Коэффициент полимеризации у целлюлозы разного происхождения различен. Так, у древесной целлюлозы он составляет около 3000, у хлопковой — около 12 000, у льняной — около 36 000. Более высокой степенью полимеризации объясняется большая прочность хлопкового, особенно льняного, волокна по сравнению с волокнами древесной целлюлозы.

Каждое структурное звено молекулы целлюлозы имеет по три спиртовых гидроксила. Поэтому целлюлоза, несмотря на свое волокнистое строение и нерастворимость в воде, все же, подобно спиртам, способна образовывать простые и сложные эфиры и щелочную целлюлозу. Спиртовые гидроксилы в молекуле целлюлозы являются источником возникновения химических водородных связей между молекулярными цепями, обеспечивающих образование технического целлюлозного волокна и формирование на сетке бумагоделательной машины прочного листа бумаги. Водородные связи возникают между электроотрицательными атомами кислорода и почти электрически нейтральными атомами водорода спиртовых гидроксилов при условии их сближения на расстояние около 20 нм.

Целлюлоза нерастворима в воде и органических растворителях, растворяется в сероуглероде CS₂ и реактиве Швейцера [Cu(NH₃)₄]·(OH)₂, претерпевая при этом глубокие химические изменения. Она без разрушения выдерживает нагрев до 150 °С, при более же высокой температуре наблюдается деполимеризация целлюлозы и связанная с этим потеря прочности, а при 270 °С и выше начинается термическое разложение с выделением продуктов распада: уксусной кислоты, метилового спирта, кетонов, при этом в остатке остаются деготь и уголь.

Строение целлюлозного волокна

При гидролизе (реакция обменного разложения между различными веществами и водой) целлюлозы, то есть при ее осахаривании под воздействием воды при нагревании в присутствии катализатора — сверхконцентрированной соляной кислоты, можно получить моносахарид — глюкозу.

Из гидролизной глюкозы спиртовым брожением можно получить гидролизный этиловый спирт. Его производят чаще всего из опилок или путем переработки сульфитных щелоков — побочного продукта при сульфитной варке целлюлозы. Гидролизный спирт не является пищевым, он используется для промышленных целей.

Каждое растительное волокно, например хлопковое, льняное или древесное, — это одна клетка, оболочка которой состоит в основном из целлюлозы. Внутри клетки волокна имеется канал — капилляр, доступный для проникновения воздуха и влаги. Длина технического волокна целлюлозы из ели, сосны, березы и тополя в среднем составляет 2,5­3 мм, из льна, хлопка и пеньки — 20­25 мм при диаметре около 25 мкм. Структура оболочки целлюлозной клетки очень сложна. Клеточная стенка целлюлозного растительного волокна имеет фибриллярное строение.

Фибриллы представляют собой нитевидные элементарные волокна — пучки молекул целлюлозы, прочно соединенные между собой водородными связями длиной около 300 мкм и диаметром около 30 нм. В промежутках между фибриллами находятся гемицеллюлозы и лигнин, причем содержание их увеличивается от внутренних слоев клеточной стенки к наружным. Межклеточные пространства целлюлозы заполнены преимущественно лигнином.

Абсолютно сухое хлопковое волокно — это чистая целлюлоза. Волокна льна и конопли содержат до 93­97% целлюлозы. В абсолютно сухой древесине различных пород деревьев содержание целлюлозы составляет примерно 50%, остальное — гемицеллюлоза (около 20%), лигнин (около 30%), а также некоторое количество минеральных солей, образующих золу при сжигании древесины. Много целлюлозы содержится в тростнике и во многих других растениях.

Волокна чистой целлюлозы отличаются белизной, гибкостью, прочностью и упругоэластичностью.

Молекулы гемицеллюлозы (полисахаридов) построены из остатков моносахаридов: маннозы (гексозы) и ксилозы (пентозы). Гемицеллюлоза служит резервным питательным веществом для растений, деревьев и предохраняет их от инфекций. Гемицеллюлоза набухает в воде, сравнительно легко гидролизуется даже очень разбавленными кислотами и растворяется в 18,5%­ной щелочи. Древесная целлюлоза с большим содержанием гемицеллюлозы легко поддается размолу, а изготовленная из нее бумага имеет повышенную прочность (особенно поверхностную), так как гемицеллюлоза — очень хорошая естественная проклейка.

Лигнин — вещество химически неустойчивое: под влиянием света, влаги, кислорода и тепла оно разрушается, вследствие чего растительные волокна, содержащие лигнин, теряют прочность и темнеют. В отличие от целлюлозы, лигнин растворяется в разбавленных кислотах и щелочах. Это свойство лигнина используется в производстве целлюлозы из древесины, соломы, тростника и других растительных тканей. Строение лигнина сложно и еще недостаточно изучено. Известно, что лигнин — природный полимер, структурным звеном которого является остаток β­оксикониферилового ароматического спирта. Одревеснение (отмирание) растительных клеток связано с появлением в них лигнина.

Производными целлюлозы являются щелочная целлюлоза, целлофан, карбоксиметилцеллюлоза, нитро­ и ацетилцеллюлоза.

Щелочная целлюлоза получается в результате обработки целлюлозы раствором едкого натра. При этом атомы водорода спиртовых гидроксилов частично или полностью заменяются атомами натрия. Щелочная целлюлоза, не теряя своего волокнистого строения, отличается повышенной химической активностью, что используется при получении простых эфиров целлюлозы, например карбоксиметилцеллюлозы.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — это простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты. Целлюлоза не вступает в реакцию с гликолевой кислотой, поэтому промышленный способ изготовления карбоксиметилцеллюлозы основан на взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой. При этом в химической реакции участвует только по одному омыленному спиртовому гидроксилу каждого остатка глюкозы в молекуле щелочной целлюлозы.

НО­СН₂­СООН — гликолевая кислота.

Сl­СН₂­СООН — монохлоруксусная кислота.

[C 6H₇O₂(OH)₂ONa]_n — щелочная целлюлоза.

[C 6H₇O₂(OH)₂—О—СН₂—COONa]_n — карбоксиметилцеллюлоза Na­соль.

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы хорошо растворяется в воде, образуя при этом устойчивые вязкие, клейкие, прозрачные, бесцветные растворы, которыми можно склеивать бумагу. Поэтому карбоксиметилцеллюлозу применяют как переплетный клей вместо крахмала, а также для проклейки бумаги и для многих других целей, в частности в качестве эмульгатора при получении устойчивых эмульсий типа «вода в масле».

Сложные эфиры образуются при взаимодействии целлюлозы с соответствующими кислотами. При взаимодействии с азотной кислотой получается нитроцеллюлоза, с уксусной — ацетилцеллюлоза.

Добыча латекса из гевеи бразильской

Нитроцеллюлоза выпускается трех видов: спирторастворимая, коллоксилин и пироксилин.

Спирторастворимая нитроцеллюлоза — это мононитроцеллюлоза, применяемая для изготовления бесцветных, прозрачных, очень прочных спиртовых лаков.

Коллоксилин — это динитроцеллюлоза, то есть продукт, в котором из трех спиртовых гидроксилов каждого структурного звена молекулы целлюлозы взаимодействуют с азотной кислотой только два. Коллоксилин хорошо растворяется в спирто­эфирной смеси, амилацетате и других сложных эфирах уксусной кислоты, ацетоне, формальгликоле и тому подобных органических растворителях. Применяется для изготовления кинопленки, фотоподложки, лаков и красок. Спиртоэфирный раствор нитроцеллюлозы, называемый коллодием, применяется в медицине. Нитроцеллюлоза, смешанная с камфорой (пластификатором), известна как пластическая масса — целлулоид. Нитроцеллюлоза очень огнеопасна.

Пироксилин, или тринитроцеллюлоза (полный эфир целлюлозы и азотной кислоты), плохо растворяется в органических растворителях. Применяется как взрывчатое вещество — бездымный порох.

Ацетилцеллюлоза — прозрачное бесцветное негорючее вещество. Растворяется в сложных эфирах уксусной кислоты, ацетоне и дихлоргидрине, в спиртоэфирной смеси нерастворима. Ацетилцеллюлоза используется для получения негорючих прозрачных пленок и пластин, применяемых для изготовления альбомов наглядных пособий и для придания оттискам глянцевости путем припрессовки — ламинирования, а также в качестве основы для изготовления малотиражных офсетных печатных форм и, наконец, как негорючая фотоподложка.

Сложные кислые смешанные эфиры целлюлозы уксусной и фталевой кислот (ацетофталаты) или уксусной и янтарной кислот (ацетосукцинаты) применяются в качестве фотополимеров при изготовлении форм высокой печати.

Крахмал в виде микроскопических зерен образуется в зеленых частях растений из углекислоты воздуха и влаги под влиянием света и уносится вместе с соками растения в клубни и зерна, где и откладывается как запасное питательное вещество.

Крахмальные зерна разных растений имеют различную форму и величину. Крахмал не растворяется в холодной воде, спирте и эфире. В горячей воде зерна крахмала набухают, увеличиваясь в объеме в сотни раз, затем теряют форму и образуют вязк ий и клейкий раствор. Температура растворения крахмала в воде называется температурой его клейстеризации. Для картофельного крахмала она равна 60 °C, для маисового (кукурузного) — 70 °C, для пшеничного и рисового — 80 °C.

Крахмал очень гигроскопичен, он притягивает влагу из окружающего воздуха и содержит обычно 10­20% влаги. С раствором йода крахмальный клейстер дает интенсивное синее окрашивание, исчезающее при кипячении и вновь появляющееся при охлаждении (качественная реакция на крахмал).

Крахмал, так же как и целлюлоза, является природным полимером — полисахаридом, принадлежащим к классу углеводов и соответствующим молекулярной формуле (С₆Н₁₀O₅)_n, но структурным звеном молекулярной цепи крахмала является остаток α­глюкозы. Каждые два остатка
α­глюкозы в крахмале образуют остаток дисахарида мальтозы, которая является геометрическим изомером целлобиозы.

Крахмал содержит две фракции полисахаридов: амилозу и амилопектин. Амилозой богат картофельный крахмал, амилопектином — кукурузный (маисовый). Амилоза растворяется в воде хорошо, амилопектин — плохо. Этим и объясняется плохое растворение и более высокая температура клейстеризации маисового крахмала.

При растворении крахмала полисахариды извлекаются водой. Молекулы амилозы распрямляются, запутываясь в ответвлениях амилопектина. В результате образуются пачки молекул (флоккулы), соединенные водородными связями и равномерно распределенные в воде.

Минеральные кислоты и ферменты (диастаз, солод) гидролизуют крахмал до конечного продукта
α­глюкозы: крахмал —> мальтоза —> α­глюкоза.

Крахмал используется в полиграфии в качестве переплетного клея (клейстера), в бумажном производстве — для проклейки бумаги.

К белкам относятся коллаген костей, казеин молока, альбумин куриных яиц, глобулин крови и другие вещества, которые состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидными группами —NH—СО— в длинные полипептидные молекулярные цепи, то есть в белковые молекулы. Концевыми группами этих цепей (молекул) являются, с одной стороны, аминогруппы, а с другой — карбоксильная группа.

При гидролизе белковая молекула сперва распадается на пептиды, то есть на белковые соединения с меньшей молекулярной массой, а затем на аминокислоты. При взаимодействии карбоксильных групп белковых молекул с солями поливалентных металлов, например хрома и алюминия, наблюдается потеря растворимости — задубливание белков. Также хорошо задубливают белки формалин и уротропин.

Костный клей — твердые хрупкие плитки или клеевой студень (галерта), который состоит в основном из белкового вещества глютина. Он вываривается из костей животных в виде клеевого бульона, а затем выпаривается и высушивается.

В костях, мездре, рогах и копытах животных содержится белковое вещество — коллаген (от греч. колла — клей и генос — род, происхождение), нерастворимый в воде. Однако под действием длительного нагревания в воде коллаген превращается в другой вид белка — глютин, растворимый в горячей воде и обладающий клеящими свойствами.

Получение плиточного клея, то есть высушивание клея до содержания в нем 83% глютина — дорогой и длительный процесс, поэтому часть клея выпускается в виде клея­галерты, то есть клеевого студня, содержащего не менее 51% глютина, остальное — вода.

Костный плиточный клей и клей­галерта применяются для переплетных работ, а также входят в состав латексных бутадиенстирольных клеев.

Желатин по химическому составу очень близок к костному и мездровому клею, но гораздо выше их по качеству, в частности по чистоте и крепости студня. Для получения желатина отбирают лучшие сорта свежих кожевенных отходов — мездру, обрезки телячьих шкур и кости крупного рогатого скота. Желатин используется для приготовления фотоэмульсии.

Казеин — это белковое вещество, содержащееся в молоке. Если к молоку добавить кислоты или дать скиснуть, то казеин свертывается и образует осадок, который можно отфильтровать от сыворотки, высушить и измельчить. Сворачивание казеина происходит также при добавлении к молоку сычужного фермента. Соответственно в зависимости от способа изготовления различают два вида казеина: кислотный и сычужный.

В чистом виде казеин — белый творожистый осадок. В воде казеин не растворяется, а только набухает. Однако казеин хорошо растворяется в щелочных растворах, образуя вязкие и липкие растворы, используемые в качестве переплетного клея, при производстве мелованной бумаги и для других промышленных целей.

Для изготовления переплетного клея применяется только кислотный казеин, так как он лучше растворяется и дает более клейкие растворы, чем сычужный. Последний используется главным образом в производстве белковой пластической массы — галалита.

Высушенный казеин очень гигроскопичен и поглощает влагу из воздуха, поэтому хранить его надо в сухом, хорошо вентилируемом помещении.

Натуральный каучук — полимер изопрена, который производится из латекса — сока некоторых тропических деревьев, главным образом гевеи бразильской, произрастающей в Южной Америке, Индии, Африке и на Цейлоне.

Латекс — это коллоидная система, золь1 из глобул2 молекул каучука в водной среде. При добавлении к латексу кислот или при нагревании устойчивость золя нарушается, и каучук выпадает в виде осадка, который высушивают, вальцуют и нарезают листами.

Очень крупные молекулы каучука длиной около 8 мкм не вытянуты в нитку, а закручены в клубок, поэтому каучук имеет высокую эластичность.

Каучук был давно известен индейцам Южной Америки, которые делали из него сосуды для воды, мячи для игр и отливали на собственных ногах калоши. Каучук они называли «каочу», что в переводе означает слезы дерева. В Европе каучук стал известен в конце XV века, после возвращения Колумба из Америки, который привез в качестве заморских диковинок калоши и мячи индейцев.

Каучук эластичен и прочен, но он затвердевает на морозе, расплавляется при нагревании, впитывает воду, а также растворяется в бензине и некоторых других органических растворителях. Поэтому каучук в Европе долгое время не находил практического применения. Только в 40­х годах XIX века из каучука начали делать резину, после того как Чарльз Гудеар обнаружил, что в результате нагревания с серой каучук твердеет, превращаясь в прочный, теплостойкий и нерастворимый в воде упруго­эластичный материал — резину. Процесс взаимодействия каучука с серой при 120­150 °C называется вулканизацией. При этом атомы серы присоединяются к молекулам каучука по месту двойных связей, «сшивая» молекулярные цепи каучука в непрерывную трехмерную сетчатую систему.

Кроме смеси каучука с серой, резина содержит ускорители процесса вулканизации, усилители, наполнители, мягчители, противостарители и красочные пигменты.

Ускорители вулканизации (например, каптакс, тиурам и др.) значительно сокращают время вулканизации и одновременно улучшают механические свойства резины.

Усилители (например, сажа) и наполнители (например, мел) увеличивают механическую прочность резины в несколько раз и одновременно позволяют экономить каучук, снижая стоимость резины.

Мягчители (например, минеральные масла) облегчают переработку резиновой смеси и уменьшают твердость готовых резиновых изделий.

Противостарители (например, эджрайт) препятствуют преждевременному отвердеванию резины, потере ею эластичности и упругости.

Красящие вещества придают резине цвет. Функции красящих веществ выполняют сажа, красная окись железа, двуокись титана, окись цинка и др.

Все составные части резиновой массы смешивают на вальцах или в резиносмесителе. После этого резиновой массе придают форму листов каландрированием или «сырых» заготовок нужной формы. Их подвергают вулканизации при 120­150 °C во время прессования заготовок давлением 15­25 кг/см 2 или при нормальном давлении после формования деталей из заготовок.

В 1928 году в нашей стране был разработан способ изготовления синтетического каучука, а с 1932 года началось его промышленное производство.

¹Золь — дисперсная система в коллоидно-устойчивом состоянии; гель — та же система, которая потеряла устойчивость и скоагулировала.

²Глобулы — группы молекул, закрученных в клубок диаметром около 1 нм.

Окончание следует

КомпьюАрт 4’2007

Сахара

СТАЙЛАБ предлагает тест-системы для анализа содержания сахаров в пищевых продуктах и сырье ферментативными методами.

Сахара – это общее название низкомолекулярных углеводов, иногда используемое как синоним углеводов вообще. Молекулы углеводов содержат углерод, кислород и водород и имеют общую формулу C_x(H₂O)_y. В зависимости от количества в молекуле мономеров углеводы разделяют на следующие:

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза) — содержат один мономер.

Дисахариды (сахароза, лактоза, лактулоза, мальтоза) — содержат два мономера.

Олигосахариды (фруктоолигосахариды (ФОС), галактоолигосахариды (ГОС), рафиноза) — содержат 2 — 10 мономеров.

Полисахариды (β-глюканы, инулин, крахмал) — содержат более 10 мономеров.

Моносахариды представляют собой мономеры углеводов. Как правило, в чистом виде это бесцветные твердые вещества, растворимые в воде. Количество атомов углерода в природных моносахаридах может быть от 2 до 9. Многие из моносахаридов, например, рибоза, глюкоза и фруктоза, обладают сладким вкусом.

Молекулы дисахаридов состоят из двух моносахаридов. Это могут быть как одинаковые, так и различные моносахариды. К примеру, мальтоза состоит из двух глюкоз, сахароза – из глюкозы и фруктозы. Помимо химического состава дисахарид определяется и расположением связи между мономерами: две молекулы глюкозы, соединяясь в разных местах, могут дать мальтозу, целлобиозу (главную структурную единицу целлюлозы) и трегалозу. Дисахариды часто встречаются как в виде отдельных веществ, так и в составе более сложных молекул.

Олигосахаридами называют углеводы, содержащие от 2 до 10 мономеров. Это понятие включает и дисахариды. Они хорошо растворяются в воде и плохо – в большинстве других растворителей. Олигосахариды широко распространены в природе.

Полисахариды содержат более 10 мономеров углеводов – до сотен или тысяч. Они могут состоять из одного или нескольких моносахаридов, а также содержать другие радикалы, как, например, хитин. Некоторые полисахариды – крахмал, инулин и гликоген –  используются в качестве запаса энергии. Другие – хитин, целлюлоза и мурамин обладают структурной функцией: они служат основной клеточных стенок грибов, растений и бактерий соответственно. Пектины – природные желирующие агенты, содержащиеся в растениях – также являются полисахаридами.

Сахара необходимы для существования живых организмов. Они участвуют в регуляции осмотического давления, входят в состав рецепторов и сложных молекул, в том числе, ДНК и РНК, а также выполняют структурную функцию. Зачастую именно сахара обуславливают консистенцию, вкус и цвет продукта, а также его устойчивость при хранении – как, например, у варенья или меда. Кроме того, углеводы – это один из наиболее эффективных способов запасания энергии: при окислении 1 г этих веществ выделяется 4,1 ккал энергии. Однако избыточное употребление углеводов зачастую приводит к нехватке белков, жиров, минеральных веществ и витаминов, а также к нарушениям обмена веществ.

Необходимость анализировать содержание углеводов в продуктах питания обусловлено несколькими причинами. Требования указывать энергетическую ценность и состав продукта на его упаковке существуют во многих странах. В Российской Федерации и странах ЕАЭС они изложены в ТР ТС 021/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки». Информация о присутствии в продукте определенных углеводов и их количестве критически важна для определенных групп населения – к примеру, больным сахарным диабетом, людям с непереносимостью лактозы, соблюдающим определенные диеты и др. Кроме того, присутствие в продукции нехарактерных для нее углеводов или их необычно большое либо малое количество позволяет выявить фальсификацию.

Для анализа углеводов в соках, пиве, вине, меде, кондитерских изделиях, молоке и других продуктах удобно использовать ферментативные методы. Метод основан на взаимодействии аналита со специфичным к нему ферментом, которое приводит к образованию окрашенного вещества. Его концентрацию измеряют с помощью спектрофотометрии. Ферментативный анализ не требует использования дорогостоящего оборудования и позволяет быстро и точно определить концентрацию аналита. Для увеличения производительности и снижения расходов реактивов метод можно автоматизировать.

ЦЕЛЛЮЛОЗА МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ

Микрокристаллическая целлюлоза, получаемая модификацией хлопковой целлюлозы, применяется в косметологии, пищевой, медицинской и фармацевтической промышленности. Используется как структурирующий агент, загуститель, эмульгатор и стабилизатор, как необходимое для пищеварения грубое волокно, а также в программах снижения веса.

Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) (Microcrystalline Cellulose)

Название по INCI: Microcristalline cellulose

Классификация.

Регистрационный № CAS 9004-34-6

Регистрационный № EINECS 232-674-9

Определение. Целлюлоза — линейный природный полимер (а точнее полисахарид), мономер в котором бета-глюкоза (Рис.1 и 2). Общая формула целлюлозы: (С₆Н₁₀О₅)n или более развернуто [С₆Н₇О₂(ОН)₃]n.

Целлюлоза — основной структурный элемент клеточной оболочки высших растений (от латинского «cellula» — клетка). Впервые описана в 1838 году французом Ансельмом Пайеном. Микрокристаллическая целлюлоза – порошок модифицированной природной (волокнистой) целлюлозы.

Физические свойства. МКЦ — это не имеющий вкуса и запаха высокодисперсный сыпучий белый порошок, который набухает в воде до образования геля. Очень гигроскопичный, способен удерживать большое количество влаги.

Химические свойства. Химическое строение целлюлозы, как это видно из рисунка 1, очень простое. Это линейный полимер бета изомера глюкозы (в отличие от крахмала – полимера альфа изомера глюкозы), общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_n и числом мономеров (n) от 300 до 10000. Нити полимера образую между собой водородные связи, что усиливает механическую прочность, при этом эластичность полимера сохраняется. Микрокристаллическая целлюлоза — это кристаллиты микрофибрилл целлюлозы (без аморфной части) и основные химические свойства у них общие.

МКЦ, как и целлюлоза, реагирует с азотной кислотой с образованием нитроцеллюлозы (тринитрата целлюлозы):

Этерификация микрокристаллической целлюлозы уксусной кислотой приводит к образованию триацетата целлюлозы:

Растворимость целлюлозы в воде и органических растворителях практически нулевая, что затрудняет химические превращения. Однако если подобрать подходящий растворитель, например, ионную жидкость, то процесс осуществляется более эффективно. Ионная жидкость — это жидкая среда, которая содержит только ионы. Фактически это расплавленные соли, например, хлористый натрий при температуре 800^ОС. В настоящее время известно много солей с более низкой температурой плавления, в том числе и ниже точки кипения воды.

Получение. Получают МКЦ гетерогенным гидролизом хлопковой целлюлозы пока степень полимеризации не останавливается вблизи некоторого предельного значения (ПСП). При этом процессе происходит разрушение аморфной части молекулы целлюлозы и распад целлюлозных микрофибрилл на отдельные кристаллиты. Вопреки схеме гидролиза, (C₆H₁₀O₅)_n+ nH₂O     nC₆H₁₂O₆, эта реакция никогда не доходит до конца, если из области реакции не извлекать её продукты. При кислотном гетерогенном гидролизе реакция на первых этапах идет быстро, затем замедляется и, наконец, останавливается. Устанавливается подвижное равновесие исходных реагентов и продуктов реакции. При этом предельная степень полимеризации у разных типов целлюлозы различается: ПСП у хлопковой целлюлозы составляет 260-330n; у технической древесной до 140n; мерсерированной – 55-75n; у регенерированной 30-45n.

Микрофибриллы целлюлозы — главные элементы надмолекулярной структуры имеют аморфные и кристаллические участки (Рис. 3), плавно переходящие друг в друга. Кристаллит – участок микрофибрилл с упорядоченным расположением макромолекулы. В разных типах целлюлозы количество, а главное протяженность кристаллических участков неодинаковая, что и объясняет различие в величине ПСП, поскольку при гидролизе разрушаются прежде всего аморфные участки.

Применение. Предприятия по производству микрокристаллической целлюлозы выпускают несколько сортов МКЦ в зависимости от целей использования. Микрокристаллическая целлюлоза применяется в различных областях науки и техники. Как наполнитель используется при производстве пластмасс, фарфоровых, керамических и резиновых изделий. Как стабилизатор и эмульгатор — в производстве красок, лаков и эмульсий, как сорбент — для очистки и разделения химических веществ самой разной природы.

В пищевой промышленности разрешена к применению как пищевая добавка Е460i (целлюлоза – Е460; порошковая целлюлоза – Е460ii). Здесь её используют как загуститель, эмульгатор и стабилизатор пищевой продукции: йогуртов, кетчупов, различных соусов; как агент, препятствующий слеживанию и комкованию.

Микрокристаллическая целлюлоза применяется при производстве биологически активных добавок, как в виде таблеток, так   и в форме капсул. Здесь свою положительную роль играют хорошая сыпучесть и низкая плотность при высокой пористости и пластичности, благодаря чему достигается оптимальная твердость таблеток. С другой стороны, благодаря набухающим свойствам, таблетка быстро распадается попав  в организм, освобождая лекарственную форму. В капсулах она препятствует слеживаемости содержимого. В таблетках и капсулах МКЦ является не только вспомогательным веществом, но как пищевое волокно оказывает положительное влияние на пищеварение, усиливая перистальтику кишечника и адсорбируя на себя токсины и шлаки.

Микрокристаллическая целлюлоза находит применение и в косметике. Заслуживает внимания использование МКЦ при получении порошкообразных и компактформ косметических продуктов. Появившаяся в последние годы информация об использовании МКЦ с целью снижения веса носит рекламный характер и требует доказательной базы….

Попадая в желудок, микрокристаллическая целлюлоза поглощает жидкость и разбухает, значительно увеличивая свой объем. При этом достигается двойной эффект. Во-первых, разбухшая МКЦ притупляет чувство голода и помогает уменьшить количество потребленной пищи, но с другой стороны – создает эффект растягивания желудка, что в дальнейшем (после отмены препарата) приводит к повышенному аппетиту. Кроме того, микрокристаллическая целлюлоза не является селективным сорбентом, и адсорбирует не только токсины, тяжелые металлы и шлаки, но и цинк, железо, витамины и другие полезные вещества, Учитывая, что соотношение вредных и полезных веществ не в пользу первых, сорбироваться будут в основном полезные, с последующей эвакуацией их из организма, что никак не способствует оздоровлению организма. Кроме того, сами производители заявляют, что одна МКЦ (без дополнительных условий), не приводит к снижению веса – нужно еще ограничить калорийность рациона до 1500 калорий, увеличить двигательную активность и принимать дополнительно ещё какой-либо препарат. Получается, как в пословице «калина сама себя хвалила – «я с медом хороша»». Мне это напоминает современное увлечение гороскопами – проверить нельзя, но верить хочется (даже если это никогда не сбывается).

И наконец, бесспорный недостаток МКЦ — возникновение запоров, если не увеличить потребление воды в два раза (до 60мл/г).

Все эти недостатки можно обойти, если принимать не чистую МКЦ, а в виде биологически активных добавок к пище (БАД), таблетки или капсулы которых содержат МКЦ, обогащенную витаминно-минеральным комплексом, и содержащие жиросжигающий компонент. А возникновение запоров и другие нарушения пищеварения можно избежать, если строго следовать инструкциям по применению и не форсировать процесс похудения.

ООО «КоролёвФарм» использует микрокристаллическую целлюлозу при производстве твердых форм БАД: «Боди Слим комплекс», «Боди Слим интенсив», «Боди Слим контроль», капсул и жевательных таблеток «Апетинол» и капсул «Кастореум».

Поставщики предоставляют все необходимые документы на продукцию. Аттестованный персонал наших лабораторий осуществляет входной контроль и, при соответствии требованиям нормативной докуметации, допускает в производство.

Открыто строение полимеров . Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Слово «полимер» в переводе с греческого языка означает многокомпонентный, многосложный. Химики так называют соединения, образованные более простыми веществами. Слагающие компоненты выполняют ту же роль в огромной молекуле полимера, что и звенья в цепи. В науке такие звенья носят название мономеров. Они могут встречаться изолированно, как самостоятельные простые соединения.

Но после объединения при определенных условиях в молекулу полимера мономеры утрачивают многие прежние свойства, в результате чего образуется совершенно новое вещество. Полимеры чрезвычайно широко распространены в природе. Среди них в первую очередь следует назвать высшие полисахариды из группы сложных углеводов. Полисахариды по праву следует считать наиболее типичными органическими соединениями.

Одна только целлюлоза, синтезируемая растениями, составляет порядка 25 % от суммарной биомассы Земли, т. е. от общего веса живого вещества биосферы. Полимерная молекула-цепочка целлюлозы состоит из мономеров-звеньев, в роли которых выступает простой сахар глюкоза. Глюкоза является моносахаридом. Все полимеры из группы сложных углеводов сложены моносахаридами. Как правило, любая гигантская молекула образована 5 или даже 6 видами моносахаридов, но известны полимерные вещества, которые сложены, как целлюлоза, только одним видом мономера. В первом случае углеводные полимеры носят название гомополисахаридов, а во втором — гетерополисахаридов.

Пектиновые вещества, заполняющие мякоть ягод и фруктов и благотворно влияющие на пищеварение, также относятся к полисахаридам. Эти вещества известны малому кругу людей, в основном тем, кто занимается промышленными технологиями изготовления мармеладов и желе. Если продолжить тему питательных веществ, то необходимо упомянуть крахмал.

Он входит в состав картофельных клубней, зерен кукурузы и прочих злаков, а также содержится в стеблях, семенах и луковицах многих других растений. Этот полимер сложен всего двумя видами мономеров: моносахаридами амилопектином и амилозой. Крахмал прекрасно известен каждому, он относится к наиболее полезным и необходимым пищевым продуктам и содержится в таких изделиях, как хлеб и крупы.

Полисахариды активно взаимодействуют с белками и принимают участие во многих жизненно важных физиологических процессах. Иммунитет, свертывание крови, жировой обмен, оплодотворение яйцеклетки и многие другие важные процессы жизнедеятельности организма осуществляются благодаря этим полимерам. Полисахариды играют важную роль в промышленности. Наиболее существенна для народного хозяйства целлюлоза, применяемая при изготовлении целлофана, вискозы, бумаги, эфиров целлюлозы.

Помимо полимерных углеводов в природе встречаются и прочие виды супермолекул. Они тоже связаны с живым веществом, поскольку только живое способно производить столь сложные соединения. Оттого природные полимеры чаще всего называют биополимерами (от греческого биос — «жизнь»). Ранее уже назывались такие полимеры. Это белки, представляющие собой огромные молекулярные цепочки из аминокислот.

Размеры белков значительны, равно как и велик спектр выполняемых ими функций. Молекула белка гемоглобина из группы глобинов весит в 3000 раз больше молекулы этилового спирта. А масса молекулы мышечного белка миозина в 10 000 раз превосходит массу спиртовой молекулы. Простейшие белки являются цепочками из нескольких сотен мономеров, как правило, 200–300 аминокислот. Поэтому нет ничего удивительного в том, что белковые молекулы называются в химии макромолекулами (гр. макрос — «очень крупный»).

Большие полимерные белки являются полипептидами, поскольку аминокислоты объединяются в длинные цепочки за счет особого рода химической связи, т. н. пептидной. Белки выполняют огромное количество функций, это рабочие молекулы нашего организма. Ученые называют их самыми удачными нанороботами. Белки защищают организм, слагают собой клетки, транспортируют вещества, ускоряют химические реакции и выполняют множество другой разнообразной работы.

Самыми известными естественными полимерами нужно назвать нуклеиновые кислоты, о которых подробно рассказано в настоящей главе в разделе, посвященном наследственности. Молекула ДНК является носителем генетической информации. Считывать эту информацию помогает другая нуклеиновая кислота, называемая РНК. Все нуклеиновые кислоты невероятно велики, степень их полимеризации чудовищна.

Под степенью полимеризации химики понимают количество мономеров, образующих одну молекулу. Масса одной-единственной молекулы ДНК примерно в 1 млн раз (а иногда и в 10 млн раз) превосходит массу молекулы этилового спирта. Длина такого исполинского полимера как минимум в 1000 раз больше длины самых крупных белковых молекул. Мономерами этого гиганта служат вещества нуклеотиды. Полимерное строение нуклеиновых кислот было открыто в ходе генетических исследований 1944–1953 гг. Вещества оказались одними из самых поздних классов биополимеров, описанных учеными. Все остальные классы были изучены задолго до того.

Само открытие биополимеров произошло в середине XIX в. После успешного синтеза Ф. Велером в 1828 г. мочевины начались активные биохимические исследования. Полимером, открытым Т. Шванном в 1836 г., оказался фермент желудочного сока пепсин, представляющий собой пептидную цепочку из 327 аминокислот. Затем, уже во второй половине XIX столетия, биологи и химики открывают пептидную связь, сцепляющую пепсин и белки (Э. Фишер), а также получают начальные сведения о структуре белков, углеводов и жиров. Биохимические исследования оказались во многом плодотворными благодаря открытию причин брожения Л. Пастером, Э. Бухнером и Ю. Либихом.

Макромолекула

Молекулярная масса макромолекул может составлять от несколько тысяч до нескольких миллионов, а размер развернутой макромолекулы — от нескольких десятков нанометров до нескольких сантиметров. Вещества, состоящие из макромолекул, называются полимерами. Используется также термин «высокомолекулярные соединения», как для обозначения полимеров, так и отдельных макромолекул. Полимеры, макромолекулы которых состоят из мономерных звеньев одного типа, называются гомополимерами, а разных типов — сополимерами. Полимеры делятся по происхождению на природные (биополимеры) и синтетические.

К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, целлюлоза и др. Синтетические полимеры получают из низкомолекулярных веществ (мономеров) при проведении химических реакций полимеризации, поликонденсации или же химически модифицируют уже существующие полимеры. Например, полистирол получают путем полимеризации стирола, а поливиниловый спирт — путем гидролиза поливинилацетата. Макромолекулы могут иметь линейное строение, могут быть разветвленными или иметь сетчатую трехмерную структуру (полимерные сетки). Примером линейных макромолекул являются макромолекулы натурального каучука, целлюлозы, некоторых белков, нуклеиновых кислот, регулярного полиэтилена, полиамидов и сложных полиэфиров, полученных поликонденсацией бифункциональных мономеров и др.

Примерами синтетических разветвленных макромолекул являются полиэтилен, полученный при высоком давлении, привитые сополимеры, полимеры, синтезированные поликонденсацией с участием три- или тетрафункциональных мономеров; природные макромолекулы — амилопектин, гликоген и др. Расположение макромолекулы в пространстве называют ее конформацией. Простейшие виды конформаций — глобулярная и развернутая (клубковая). Важнейший пример конформационного перехода — денатурация белков при нагревании, при которой макромолекулы переходят от свернутой глобулярной конформации к развернутой. Другими важнейшими характеристиками макромолекул являются молекулярная масса, степень полимеризации и полидисперсность, а также конфигурация мономерного звена и цепи.

§5. Углеводы

1. Какие вещества являются моносахаридами? Олигосахаридами? Полисахаридами?

Моносахаридами являются: г) глюкоза, д) рибоза, з) фруктоза.

Олигосахаридами являются: а) лактоза, в) мальтоза, и) сахароза.

Полисахаридами являются: б) гликоген, е) хитин, ж) целлюлоза.

2. Какие биологические функции выполняют моносахариды? Дисахариды? Приведите примеры.

Важнейшими биологическими функциями моносахаридов являются энергетическая и метаболическая. Например, глюкоза является основным источником энергии для клеток (энергетическая функция) и исходным субстратом для синтеза целлюлозы, крахмала или гликогена (метаболическая функция). Дезоксирибоза необходима для синтеза нуклеотидов ДНК, рибоза – для синтеза нуклеотидов РНК, витамина В₂ и некоторых других веществ (метаболическая функция).

Такие дисахариды как сахароза, мальтоза и лактоза, выполняют запасающую функцию. При необходимости они расщепляются до моносахаридов, которые могут служить источниками энергии. Достоинством дисахаридов как резервных веществ является хорошая растворимость в воде, благодаря чему они могут быстро транспортироваться по организму (в отличие от резервных полисахаридов).

3. Чем обусловлено разнообразие олигосахаридов и полисахаридов?

Разнообразие олигосахараидов и полисахаридов обусловлено разнообразием моносахаридов, входящих в их состав, разными способами их соединения (различными вариантами химических связей между остатками моносахаридов), а также количеством мономеров. Вследствие этого олиго- и полисахариды различаются составом (могут быть построены из остатков одного моносахарида или разных), структурой (например, могут быть линейными или разветвлёнными) и молекулярной массой.

4. Как меняется вкус углеводов и их растворимость в воде с увеличением молекулярной массы?

Моносахариды и большинство олигосахаридов имеют сладкий вкус и хорошо растворяются в воде. Полисахариды не имеют сладкого вкуса и практически нерастворимы в воде. Следовательно, с увеличением молекулярной массы исчезает сладкий вкус углеводов, снижается их растворимость в воде.

5. Почему промороженный картофель вскоре после оттаивания приобретает сладковатый вкус?

В результате промораживания клетки картофеля погибают. При оттаивании начинается процесс гидролиза крахмала до глюкозы, которая и придаёт сладковатый вкус.

6. Сравните по различным признакам крахмал, целлюлозу и гликоген. В чём проявляется их сходство? В чём заключаются различия?

Сходство:

● Являются углеводами, относятся к классу полисахаридов.

● Молекулы построены из остатков глюкозы.

● Не имеют сладкого вкуса, практически нерастворимы в воде (могут образовывать лишь коллоидные растворы, но не истинные).

Различия:

● Целлюлоза имеет линейную структуру. Крахмал представляет собой смесь полисахаридов – разветвлённого амилопектина и линейной амилозы. Гликоген имеет разветвлённую структуру и его цепи ветвятся сильнее, чем цепи амилопектина.

● Крахмал и гликоген выполняют запасающую функцию, а целлюлоза – структурную.

● Гликоген синтезируется у животных и грибов, а крахмал и целлюлоза – у растений.

● У растений крахмал откладывается в клетках в виде сравнительно крупных зёрен, целлюлоза входит в состав клеточных оболочек. У животных гликоген откладывается в клетках в виде крошечных гранул.

…и (или) другие существенные признаки.

7. Почему глюкоза в организме животных и человека хранится в форме гликогена, а не в виде собственно глюкозы, хотя синтез гликогена требует дополнительных затрат энергии?

В отличие от глюкозы гликоген, как и другие полисахариды, практически нерастворим в воде. Следовательно, он хранится в клетках в твёрдом, компактном состоянии (не занимает «лишний» объём) и не влияет на процессы осмоса (не повышает осмотическое давление внутриклеточного содержимого).

Кроме того, в сравнении с моносахаридами полисахариды химически более инертны (не обладают столь высокой реакционной способностью как, например, глюкоза), а значит, гликоген не оказывает существенного химического воздействия на процессы обмена веществ в клетках.

8*. Крахмал в клетках растений и гликоген в клетках животных выполняют одну и ту же функцию — запасающую. Основной компонент крахмала — разветвлённый полисахарид амилопектин. Гликоген подобен амилопектину, однако имеет меньшую молекулярную массу и более разветвлённую структуру. Каково биологическое значение указанных особенностей гликогена?

Запасающая функция крахмала и гликогена состоит в том, что эти полисахариды являются поставщиками молекул глюкозы в те периоды, когда клетки живого организма остро нуждаются в энергии.

Отщепление остатков глюкозы происходит по концевым участкам полисахаридов. Следовательно, чем сильнее разветвлён полисахарид, тем больше остатков глюкозы может отщепиться от него за единицу времени. Аналогично обстоит дело с молекулярной массой. Например, пять молекул полисахарида, содержащих по 1000 остатков глюкозы, имеют больше концевых участков, чем одна молекула, в состав которой входит 5000 остатков глюкозы.

Животные ведут подвижный образ жизни и в большинстве случаев им требуется более экстренная энергетическая подпитка, чем растениям. Поэтому им выгодно откладывать про запас не крахмал, а гликоген – сильно разветвлённый полисахарид с небольшой молекулярной массой.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

Целлюлоза — Chemistry LibreTexts

Полисахариды — это углеводные полимеры, состоящие из десятков, сотен и нескольких тысяч моносахаридных единиц. Все обычные полисахариды содержат глюкозу в качестве моносахаридной единицы. Полисахариды синтезируются растениями, животными и людьми для хранения в пищу, структурной поддержки или метаболизма для получения энергии.

Основным компонентом жестких клеточных стенок растений является целлюлоза. Целлюлоза представляет собой линейный полисахаридный полимер с множеством моносахаридных звеньев глюкозы.Ацетальная связь бета, что отличает ее от крахмала. Это своеобразное различие в ацетальных связях приводит к значительному различию в перевариваемости у людей. Люди не могут переваривать целлюлозу, потому что отсутствуют соответствующие ферменты для разрушения бета-ацетальных связей. Неперевариваемая целлюлоза — это волокно, которое способствует нормальной работе кишечного тракта.

У таких животных, как коровы, лошади, овцы, козы и термиты, есть симбиотические бактерии в кишечном тракте.Эти симбиотические бактерии обладают необходимыми ферментами для переваривания целлюлозы в желудочно-кишечном тракте. В них есть ферменты, необходимые для расщепления или гидролиза целлюлозы; у животных, даже у термитов, нет нужных ферментов. Ни одно позвоночное животное не может напрямую переваривать целлюлозу.

Несмотря на то, что мы не можем переваривать целлюлозу, мы находим для нее множество применений, включая: дерево для строительства; бумажные изделия; хлопок, лен и вискоза для одежды; нитроцеллюлоза для взрывчатых веществ; ацетат целлюлозы для пленок.Структура целлюлозы состоит из длинных полимерных цепей звеньев глюкозы, соединенных бета-ацетальной связью. На графике слева показана очень небольшая часть целлюлозной цепи. Все мономерные звенья представляют собой бета-D-глюкозу, и все бета-ацетальные связи соединяют C # 1 одной глюкозы с C # 4 следующей глюкозы.

Ацетальная функциональная группа

Углерод № 1 называется аномерным углеродом и является центром ацетальной функциональной группы. Углерод, к которому присоединены два атома кислорода простого эфира, является ацеталем.Бета-положение определяется как кислород эфира, находящийся на той же стороне кольца, что и C # 6. В конструкции кресла это приводит к горизонтальной или вертикальной проекции. Это то же определение, что и -ОН в полуацетале.

Сравните структуры целлюлозы и крахмала

Целлюлоза: бета-глюкоза является мономерной единицей в целлюлозе. В результате валентных углов в бета-ацетальной связи целлюлоза в основном представляет собой линейную цепь. Крахмал: альфа-глюкоза — мономерная единица крахмала. В результате валентных углов в альфа-ацетальной связи крахмал-амилоза фактически образует спираль, очень похожую на спиральную пружину.

Клетчатка в рационе

Клетчатка — это компонент пищи, не расщепляемый пищеварительными ферментами и секретами желудочно-кишечного тракта. Это волокно включает гемицеллюлозу, пектины, камеди, слизь, целлюлозу (все углеводы) и лигнин, единственный неуглеводный компонент пищевых волокон. Диеты с высоким содержанием клетчатки вызывают увеличение размера стула и могут помочь предотвратить или вылечить запор. Зерновые волокна, особенно отруби, наиболее эффективны для увеличения размера стула, в то время как пектин оказывает незначительное влияние.Лигнин может вызывать запор.

Клетчатка может защитить от развития рака толстой кишки, поскольку у групп населения, потребляющих пищу с высоким содержанием клетчатки, частота этого заболевания низкая. Медленное время прохождения (между приемом пищи и выведение), связанное с низким потреблением клетчатки, даст больше времени канцерогенным веществам, присутствующим в толстой кишке, для инициирования рака. Но у людей, страдающих запором, заболеваемость раком толстой кишки не выше, чем у быстрых элиминаторов, поэтому роль клетчатки в раке толстой кишки остается неясной.

Пищевые волокна могут ограничивать всасывание холестерина за счет связывания желчных кислот.Диета с высоким содержанием клетчатки снижает уровень холестерина в сыворотке крови и может предотвратить сердечно-сосудистые заболевания. Некоторые волокна, такие как пектин и овсяные хлопья, более эффективны, чем другие, например пшеница, в снижении уровня холестерина в сыворотке. Пищевые волокна содержатся только в растительных продуктах, таких как фрукты, овощи, орехи и злаки. Цельнозерновой хлеб содержит больше клетчатки, чем белый хлеб, а яблоки содержат больше клетчатки, чем яблочный сок, что показывает, что обработка пищевых продуктов обычно удаляет клетчатку.

Целлюлоза — обзор | Темы ScienceDirect

3.22.3.2 Целлюлоза

Целлюлоза — один из самых распространенных биоматериалов на Земле. Обычно он синтезируется растениями, но также вырабатывается некоторыми бактериями. Как и крахмал, целлюлоза является гомополимером глюкозы, но, в отличие от крахмала, мономеры глюкозы соединены связями β-1,4 (рис. 3.22.4B). Целлюлоза, жесткий, волокнистый и нерастворимый в воде полисахарид, играет важную роль в поддержании стабильности структуры клеточных стенок растений. ²⁰ Цепи целлюлозы расположены в микрофибриллах или пучках полисахаридов, которые расположены в фибриллах (пучках микрофибрилл), которые, в свою очередь, составляют стенку растительной клетки.Такое расположение не только способствует устойчивости структур растений, но также предполагает, что целлюлоза является биоматериалом с высокой прочностью и другими превосходными механическими свойствами.

Целлюлозу синтезируют не только растения. Бактерии также способны продуцировать полисахарид. Синтез бактериальной целлюлозы наиболее подробно изучен в исследовании Acetobacter xylinum . Считается, что биологическая роль целлюлозы, продуцируемой бактериями, состоит в том, чтобы способствовать флокуляции или поддерживать определенную среду, такую ​​как аэробные условия или позволяя прикрепляться к растениям. ²¹ Бактериальная целлюлоза устроена аналогично растительной целлюлозе, поскольку полисахаридные цепи образуют микрофибриллы, а пучки микрофибрилл образуют ленты. ^22,23 В отличие от целлюлозы на растительной основе, бактериальная целлюлоза имеет высокую чистоту и не требует отделения от лигнина при переработке. Также в отличие от растительной целлюлозы бактериальная целлюлоза обладает превосходными водоудерживающими свойствами; растительная целлюлоза может удерживать воду до 60%, тогда как бактериальная целлюлоза может удерживать воду до 1000% от веса образца целлюлозы. ²⁴ Превосходное удерживание воды бактериальной целлюлозой позволяет полимеру обладать высокой кристалличностью, но при этом он является гладким и пластичным, что делает его пригодным для использования в медицине, например, в качестве структурного компонента искусственных органов и кровеносных сосудов. ²²

Целлюлозосинтаза — это комплекс ферментов, который пронизывает клеточную мембрану растений и, в случае бактерий, всю клеточную стенку. И у растений, и у бактерий UDP-глюкоза (UDP-GLC) является ключевым промежуточным продуктом в синтезе целлюлозы.Комплекс синтазы целлюлозы использует фрагмент глюкозы из UDP-GLC, транспортирует глюкозу через клеточную мембрану или клеточную стенку и добавляет мономер к формирующейся внеклеточной целлюлозной цепи. ^23,25

Применения растительной и бактериальной целлюлозы многочисленны, и, как можно ожидать, некоторые применения больше подходят для одного типа целлюлозы, чем для другого. Целлюлоза является основным компонентом бумаги и бумажных изделий, а также текстильных изделий из хлопка, льна и других растительных волокон. ²⁴ Микрокристаллическая целлюлоза используется в качестве наполнителя как в фармацевтической, так и в пищевой промышленности. Целлюлозу можно превратить в целлофан или нитроцеллюлозу для использования в фотографических и бытовых целях, соответственно, а также в порох. Наноцеллюлоза или нанокристаллическая целлюлоза — это материал, который становится все более ценным для различных областей применения. Наноцеллюлозу получают путем кислотной обработки растительной или бактериальной целлюлозы. Как следует из названия, наноцеллюлоза имеет наноразмерные структуры, такие как волокна или кристаллы.Свойства наноцеллюлозы делают ее пригодной для таких приложений, как фотоника или оптоэлектроника. Кристаллизованная наноцеллюлоза была предложена в качестве сырья для пищевой упаковки и электроники. Кроме того, наноцеллюлоза может быть дериватизирована с различными химическими группами, что придает полимеру разные свойства. Этерификация наноцеллюлозы увеличивает гидрофобность и прочность материала, в то время как катионизация придает наноцеллюлозе чувствительность к pH, а также позволяет контролировать флокуляцию CO ₂ .В настоящее время, как и в случае со многими биополимерами, применение наноцеллюлозы ограничено из-за доступности и стоимости. ²⁶ С такими многообещающими применениями создается впечатление, что наноцеллюлоза является потенциальной ценной мишенью для метаболической инженерии микроорганизмов.

углеводов | Биология I

Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «загружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне.Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH ₂ O) _n , где n — количество атомов углерода в молекуле.Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компоненты — это углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи.Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. Рисунок для иллюстрации моносахаридов.

Химическая формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ . У человека глюкоза — важный источник энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ).Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) — другие распространенные моносахариды. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рисунок).

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ART

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Глюкоза, галактоза и фруктоза представляют собой изомерные моносахариды (гексозы), что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но имеют немного разные структуры. Глюкоза и галактоза — это альдозы, а фруктоза — кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рисунок). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится ниже углеродного номера 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Дисахариды

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации).Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рисунок). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рисунок). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров.Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах служит пищей для зародыша по мере его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены гликозидными связями α 1-4 или α 1-6. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рисунке, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Гликоген — это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны гликозидными связями β, 1-4 (рисунок).

Как показано на рисунке, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, могут с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных животных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как показано на рисунке пчелы). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, которая представляет собой полисахаридсодержащий азот.Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукарии.

КАРЬЕРНЫЕ СВЯЗИ

Зарегистрированный диетолог Ожирение является проблемой здравоохранения во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения.Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для лечения и профилактики заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом, как контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов. Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, зарегистрированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в области химии и физиологии (биологических функций) пищи (белков, углеводов и жиров).

Полезны ли углеводы? Людям, желающим похудеть, часто говорят, что углеводы вредны для них, и их следует избегать. Некоторые диеты полностью запрещают потребление углеводов, утверждая, что низкоуглеводная диета помогает людям быстрее похудеть. Однако углеводы были важной частью рациона человека на протяжении тысячелетий; артефакты древних цивилизаций свидетельствуют о наличии пшеницы, риса и кукурузы в хранилищах наших предков.

Углеводы следует дополнять белками, витаминами и жирами, чтобы они были частью хорошо сбалансированной диеты.С точки зрения калорийности грамм углеводов обеспечивает 4,3 ккал. Для сравнения, жиры дают 9 Ккал / г, менее желательное соотношение. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы; нерастворимая часть известна как клетчатка, которая в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений; он способствует регулярному опорожнению кишечника за счет увеличения объема и регулирует скорость потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает удалить излишки холестерина из организма: клетчатка связывается с холестерином в тонком кишечнике, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток, а затем холестерин выходит из организма через кал.Богатые клетчаткой диеты также играют защитную роль в снижении риска рака толстой кишки. Кроме того, еда, содержащая цельнозерновые и овощи, дает ощущение сытости. В качестве непосредственного источника энергии глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая валюта клетки. Без потребления углеводов доступность «мгновенной энергии» была бы уменьшена. Исключение углеводов из рациона — не лучший способ похудеть.Низкокалорийная диета, богатая цельнозерновыми, фруктами, овощами и нежирным мясом, вместе с большим количеством упражнений и большим количеством воды — более разумный способ похудеть.

Ссылка на обучение

Чтобы получить дополнительную информацию об углеводах, исследуйте «Биомолекулы: углеводы» с помощью этой интерактивной анимации.

Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы у растений и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.

Рисунок Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Пример моносахарида ________.

1. фруктоза
2. глюкоза
3. галактоза
4. все вышеперечисленное

Примеры целлюлозы и крахмала:

1. моносахариды
2. дисахариды
3. липиды
4. полисахариды

Стенки растительных клеток содержат что из перечисленного в избытке?

1. крахмал
2. целлюлоза
3. гликоген
4. лактоза

Лактоза представляет собой дисахарид, образующийся в результате образования ________ связи между глюкозой и ________.

1. гликозидный; лактоза
2. гликозидный; галактоза
3. водород; сахароза
4. водород; фруктоза

Опишите сходства и различия между гликогеном и крахмалом.

Почему люди не могут переваривать пищу, содержащую целлюлозу?

Глоссарий

углеводы

биологическая макромолекула, в которой соотношение углерода к водороду и кислороду составляет 1: 2: 1; углеводы служат источниками энергии и структурной поддержкой в ​​клетках и образуют клеточный экзоскелет членистоногих

целлюлоза

полисахарид, составляющий клеточную стенку растений; обеспечивает структурную поддержку ячейки

хитин

тип углеводов, образующий внешний скелет всех членистоногих, включая ракообразных и насекомых; он также образует клеточные стенки грибов

дисахарид

два мономера сахара, связанные вместе гликозидной связью

гликоген

запасы углеводов у животных

гликозидная связь

Связь, образованная реакцией дегидратации между двумя моносахаридами с отщеплением молекулы воды

моносахарид

единичное звено или мономер углеводов

полисахарид

длинная цепь моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными

крахмал

запаса углеводов в растениях

типов мономеров | Sciencing

Мономеры составляют основу макромолекул, поддерживающих жизнь и обеспечивающих искусственные материалы.Мономеры группируются вместе, образуя длинные цепи макромолекул, называемых полимерами. Различные реакции приводят к полимеризации, обычно через катализаторы. Многочисленные примеры мономеров существуют в природе или используются в промышленности для создания новых макромолекул.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Мономеры — это небольшие одиночные молекулы. В сочетании с другими мономерами посредством химических связей они образуют полимеры. Полимеры существуют как в природе, например, в белках, так и могут быть созданы руками человека, например, в пластмассах.

Что такое мономеры?

Мономеры представлены в виде небольших молекул. Они образуют основу более крупных молекул за счет химических связей. Когда эти единицы соединяются повторно, образуется полимер. Ученый Герман Штаудингер обнаружил, что мономеры составляют полимеры. Жизнь на Земле зависит от связей мономеров с другими мономерами. Из мономеров можно искусственно сконструировать полимеры, которые впоследствии соединяются с другими молекулами в процессе, называемом полимеризацией. Люди используют эту способность для производства пластмасс и других искусственных полимеров.Мономеры также становятся естественными полимерами, из которых состоят живые организмы в мире.

Мономеры в природе

Полимеры, встречающиеся в природе, состоят из мономеров, содержащих углерод, который легко связывается с другими молекулами. Методы, используемые в природе для создания полимеров, включают синтез дегидратации, который объединяет молекулы вместе, но приводит к удалению молекулы воды. С другой стороны, гидролиз представляет собой метод расщепления полимеров на мономеры. Это происходит за счет разрыва связей между мономерами с помощью ферментов и добавления воды.Ферменты работают как катализаторы для ускорения химических реакций и сами представляют собой большие молекулы. Примером фермента, используемого для разрушения полимера на мономер, является амилаза, которая превращает крахмал в сахар. Этот процесс используется в пищеварении. Люди также используют натуральные полимеры для эмульгирования, загущения и стабилизации пищевых продуктов и лекарств. Некоторые дополнительные примеры природных полимеров включают:

• коллаген
  
• кератин
  
• ДНК
  
• каучук
  
• шерсть
  
• среди других

Простые мономеры сахара

простые сахара.Моносахариды содержат молекулы углерода, водорода и кислорода. Эти мономеры могут образовывать длинные цепи, из которых состоят полимеры, известные как углеводы, молекулы, накапливающие энергию, которые содержатся в пище. Глюкоза представляет собой мономер с формулой C ₆ H ₁₂ O ₆ , что означает, что он имеет шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода в своей основной форме. Глюкоза вырабатывается в основном в результате фотосинтеза в растениях и является основным топливом для животных. Клетки используют глюкозу для клеточного дыхания. Глюкоза составляет основу многих углеводов.Другие простые сахара включают галактозу и фруктозу, и они также имеют ту же химическую формулу, но являются структурно разными изомерами. Пентозы — это простые сахара, такие как рибоза, арабиноза и ксилоза. Объединение мономеров сахара создает дисахариды (состоящие из двух сахаров) или более крупные полимеры, называемые полисахаридами. Например, сахароза (столовый сахар) представляет собой дисахарид, который образуется в результате добавления двух мономеров, глюкозы и фруктозы. Другие дисахариды включают лактозу (сахар в молоке) и мальтозу (побочный продукт целлюлозы).

Огромный полисахарид, состоящий из множества мономеров, крахмал служит основным хранилищем энергии для растений, и он не может быть растворен в воде. Крахмал состоит из огромного количества молекул глюкозы в качестве основного мономера. Крахмал входит в состав семян, зерна и многих других продуктов, которые потребляют люди и животные. Протеиновая амилаза превращает крахмал обратно в основной мономер глюкозу.

Гликоген — это полисахарид, используемый животными для хранения энергии. Как и крахмал, основным мономером гликогена является глюкоза.Гликоген отличается от крахмала большим количеством ответвлений. Когда клеткам нужна энергия, гликоген может быть расщеплен путем гидролиза до глюкозы.

Длинные цепи мономеров глюкозы также составляют целлюлозу, линейный гибкий полисахарид, который встречается во всем мире в качестве структурного компонента растений. Целлюлоза содержит как минимум половину углерода Земли. Многие животные не могут полностью переваривать целлюлозу, за исключением жвачных и термитов.

Другой пример полисахарида, более хрупкая макромолекула хитина, кует панцири многих животных, таких как насекомые и ракообразные.Таким образом, простые сахарные мономеры, такие как глюкоза, составляют основу живых организмов и дают энергию для их выживания.

Мономеры жиров

Жиры представляют собой тип липидов, полимеров, которые являются гидрофобными (водоотталкивающими). Основным мономером жиров является глицерин спирта, который содержит три атома углерода с гидроксильными группами в сочетании с жирными кислотами. Жиры дают в два раза больше энергии, чем простой сахар — глюкоза. По этой причине жиры служат для животных своего рода хранилищем энергии.Жиры с двумя жирными кислотами и одним глицерином называются диацилглицеринами или фосфолипидами. Липиды с тремя жирными кислотными хвостами и одним глицерином называются триацилглицеринами, жирами и маслами. Жиры также обеспечивают изоляцию тела и нервов в нем, а также плазматических мембран в клетках.

Аминокислоты: мономеры белков

Аминокислота — это субъединица белка, полимера, встречающегося в природе. Следовательно, аминокислота является мономером белка. Основная аминокислота состоит из молекулы глюкозы с аминогруппой (NH ₃ ), карбоксильной группой (COOH) и R-группой (боковой цепью).Существует 20 аминокислот, которые используются в различных комбинациях для создания белков. Белки выполняют множество функций для живых организмов. Несколько мономеров аминокислот соединяются пептидными (ковалентными) связями с образованием белка. Две связанные аминокислоты составляют дипептид. Три соединенные аминокислоты образуют трипептид, а четыре аминокислоты составляют тетрапептид. В соответствии с этим соглашением белки с более чем четырьмя аминокислотами также носят название полипептиды. Из этих 20 аминокислот основные мономеры включают глюкозу с карбоксильными и аминогруппами.Поэтому глюкозу также можно назвать мономером белка.

Аминокислоты образуют цепочки в качестве первичной структуры, а дополнительные вторичные формы возникают с водородными связями, ведущими к альфа-спиралям и бета-складчатым листам. Сворачивание аминокислот приводит к появлению активных белков в третичной структуре. Дополнительное сворачивание и изгибание дает стабильные сложные четвертичные структуры, такие как коллаген. Коллаген обеспечивает структурную основу для животных. Протеин-кератин обеспечивает животных кожей, волосами и перьями.Белки также служат катализаторами реакций в живых организмах; они называются ферментами. Белки служат коммуникаторами и переносчиками материала между клетками. Например, белок актин играет роль переносчика для большинства организмов. Различные трехмерные структуры белков определяют их соответствующие функции. Изменение структуры белка приводит непосредственно к изменению функции белка. Белки производятся в соответствии с инструкциями генов клетки. Взаимодействия и разнообразие белков определяются его основным мономером белка, аминокислотами на основе глюкозы.

Нуклеотиды как мономеры

Нуклеотиды служат основой для построения аминокислот, которые, в свою очередь, включают белки. Нуклеотиды хранят информацию и передают энергию организмам. Нуклеотиды — это мономеры природных линейных полимерных нуклеиновых кислот, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК несут генетический код организма. Нуклеотидные мономеры состоят из пятиуглеродного сахара, фосфата и азотистого основания. Основания включают аденин и гуанин, которые являются производными пурина; и цитозин и тимин (для ДНК) или урацил (для РНК), полученные из пиримидина.

Комбинированный сахар и азотистое основание имеют разные функции. Нуклеотиды составляют основу многих молекул, необходимых для жизни. Одним из примеров является аденозинтрифосфат (АТФ), главная система доставки энергии для организмов. Аденин, рибоза и три фосфатные группы составляют молекулы АТФ. Фосфодиэфирные связи соединяют вместе сахара нуклеиновых кислот. Эти связи обладают отрицательными зарядами и образуют стабильную макромолекулу для хранения генетической информации. РНК, которая содержит сахарную рибозу и аденин, гуанин, цитозин и урацил, различными способами работает внутри клеток.РНК служит ферментом и помогает репликации ДНК, а также созданию белков. РНК существует в форме одной спирали. ДНК является более стабильной молекулой, образующей конфигурацию двойной спирали, и поэтому является преобладающим полинуклеотидом для клеток. ДНК содержит дезоксирибозу сахара и четыре азотистых основания аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые составляют нуклеотидное основание молекулы. Большая длина и стабильность ДНК позволяют хранить огромные объемы информации. Жизнь на Земле обязана своим продолжением нуклеотидным мономерам, которые составляют основу ДНК и РНК, а также энергетической молекуле АТФ.

Мономеры для пластика

Мономеры винилового спирта образуют полимерный поливиниловый спирт. Этот ингредиент входит в состав детской замазки. Мономеры поликарбоната состоят из ароматических колец, разделенных углеродом. Поликарбонат обычно используется в очках и музыкальных дисках. Полистирол, используемый в пенополистироле и изоляции, состоит из мономеров полиэтилена с ароматическим кольцом, замещенным атомом водорода. Поли (хлорэтен), также известный как поливинилхлорид или ПВХ, образуется из нескольких мономеров хлорэтилена.Из ПВХ изготавливаются такие важные элементы, как трубы и сайдинг для зданий. Из пластика можно найти множество полезных материалов для повседневных вещей, таких как:

• фары автомобилей
  
• контейнеры для пищевых продуктов
  
• краска
  
• трубы
  
• ткань
  
• медицинское оборудование
  
• более

Структура целлюлозы

Как целлюлоза устроена в стенках растительных клеток

Переваривание целлюлозы

Ресурсы

Целлюлоза — это вещество, которое содержится в клеточных стенках растений.Хотя целлюлоза не входит в состав человеческого тела, она, тем не менее, является самой распространенной органической макромолекулой на Земле. Научное сообщество впервые обнаружило целлюлозу в 1833 году, когда она изучалась в стенках растительных клеток. По химической структуре целлюлоза напоминает крахмал, но, в отличие от крахмала, целлюлоза чрезвычайно жесткая (рис. 1). Эта жесткость придает большую прочность телу растения и защищает внутреннюю часть растительных клеток.

Как и крахмал, целлюлоза состоит из длинной цепи, состоящей не менее чем из 500 молекул глюкозы.Таким образом, целлюлоза является полисахаридом (от латинского «много сахаров»). Некоторые из этих полисахаридных цепей расположены параллельными рядами, образуя микрофибриллы целлюлозы. Отдельные полисахаридные цепи связаны в микрофибриллах водородными связями. Микрофибриллы, в свою очередь, связываются вместе, образуя макрофибриллы (рис. 1).

Микрофибриллы целлюлозы чрезвычайно прочные и негибкие из-за наличия водородных связей. Фактически, описывая структуру микрофибрилл целлюлозы, химики называют их расположение кристаллическим, что означает, что микрофибриллы обладают кристаллоподобными свойствами.Хотя крахмал имеет ту же основную структуру, что и целлюлоза — это также полисахарид, — субъединицы глюкозы связаны таким образом, что позволяет молекуле крахмала скручиваться. Другими словами, молекула крахмала гибкая, а молекула целлюлозы жесткая.

Подобно человеческой кости, стенки клеток растений состоят из фибрилл, расположенных в матрице или фоновом материале. В клеточной стенке фибриллы представляют собой микрофибриллы целлюлозы, а матрица состоит из других полисахаридов и белков.Одним из этих матричных полисахаридов в клеточных стенках является пектин, вещество, которое при нагревании образует гель. Пектин — это вещество, которое повара используют для приготовления желе и джемов.

Расположение микрофибрилл целлюлозы в полисахаридной и белковой матрице придает большую прочность стенкам растительных клеток. Клеточная стенка растений выполняет несколько функций, каждая из которых связана с ее жесткостью. Он защищает внутреннюю часть растительной клетки, но также позволяет циркулировать жидкости внутри и вокруг клеточной стенки.Клеточная стенка также связывает растительную клетку с ее соседями. Это связывание создает

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Анаэробный — Описывает биологические процессы, происходящие в отсутствие кислорода.

Клеточная стенка — Жесткое внешнее покрытие растительных клеток, состоящее из микрофибрилл целлюлозы, скрепленных в матрице.

Синтетаза целлюлозы — Фермент, встроенный в плазматическую мембрану, который синтезирует целлюлозу.

Толстая кишка — Терминальная часть пищеварительного тракта человека.

Тело Гольджи — Органелла, которая производит, сортирует и транспортирует макромолекулы внутри клетки.

Лигнин — Полисахарид, образующий вторичную клеточную стенку у некоторых растений.

Матрица — Материал, состоящий из полисахаридов и белка, в котором микрофибриллы целлюлозы встроены в стенки клеток растений.

Метан— Газ, образующийся при анаэробном переваривании целлюлозы бактериями у некоторых животных.

Микрофибрилла — Мелкие фибриллы целлюлозы; состоит из параллельных массивов целлюлозных цепей.

Полисахарид — Молекула, состоящая из множества субъединиц глюкозы, расположенных в цепочку.

Жвачное животное — Жевательное животное с четырехкамерным желудком и ровными копытами.

прочный, жесткий каркас тела растения. Стенки клеток являются причиной того, что растения прямостоячие и жесткие. У некоторых растений вторичная клеточная стенка перекрывает первичную клеточную стенку.Вторичная клеточная стенка состоит из еще одного полисахарида, называемого лигнином. Например, лигнин содержится в деревьях. Наличие как первичных, так и вторичных клеточных стенок делает дерево еще более жестким, проницаемым только острыми топорами.

В отличие от других компонентов клеточной стенки, которые синтезируются в теле растения Гольджи (органелле, которая производит, сортирует и транспортирует различные макромолекулы внутри клетки), целлюлоза синтезируется на поверхности растительной клетки.В плазматическую мембрану растения встроен фермент, называемый синтетазой целлюлозы, который синтезирует целлюлозу. По мере синтеза целлюлозы она самопроизвольно образует микрофибриллы, которые откладываются на поверхности клетки. Поскольку фермент синтетазы целлюлозы расположен в плазматической мембране, новые микрофибриллы целлюлозы откладываются под более старыми микрофибриллами целлюлозы. Таким образом, самые старые микрофибриллы целлюлозы расположены на

наружу на клеточной стенке, в то время как более новые микрофибриллы находятся на самой внутренней стороне стенки клетки.

По мере роста растительная клетка должна расширяться, чтобы приспособиться к растущему объему клетки. Однако, поскольку целлюлоза настолько жесткая, она не может растягиваться или сгибаться, чтобы позволить этому росту. Вместо этого микрофибриллы целлюлозы скользят друг мимо друга или отделяются от соседних микрофибрилл. Таким образом, клеточная стенка может расширяться, когда объем клетки увеличивается во время роста.

У людей отсутствует фермент, необходимый для переваривания целлюлозы. Сено и травы особенно богаты целлюлозой, и оба они не усваиваются человеком (хотя люди могут переваривать крахмал).Все животные, такие как термиты и травоядные, такие как коровы, коалы и лошади, переваривают целлюлозу, но даже у этих животных нет фермента, который переваривает этот материал. Вместо этого эти животные содержат микробы, способные переваривать целлюлозу.

Термит, например, содержит в кишечнике простейших (одноклеточных организмов), называемых мастигофоранами, которые осуществляют переваривание целлюлозы. Вид мастигофора, который выполняет эту функцию для термитов, называется Trichonympha, , который, что интересно, может вызывать серьезную паразитарную инфекцию у человека.

У таких животных, как коровы, в пищеварительном тракте есть анаэробные бактерии, которые переваривают целлюлозу. Коровы — это жвачные животные, или животные, которые жуют жвачку. У жвачных животных несколько желудков, которые расщепляют растительный материал с помощью ферментов и бактерий. Затем частично переваренный материал срыгивает в рот, который снова пережевывается, чтобы еще больше разложить материал. Бактериальное переваривание целлюлозы бактериями в желудках жвачных животных является анаэробным, что означает, что в этом процессе не используется кислород.Одним из побочных продуктов анаэробного метаболизма является метан, газ с неприятным запахом. Жвачные животные ежедневно выделяют большое количество метана. Фактически, многие защитники окружающей среды обеспокоены производством метана коровами, потому что метан может способствовать разрушению озона в стратосфере Земли.

Несмотря на то, что целлюлоза не усваивается людьми, она является частью человеческого рациона в виде растительной пищи. Небольшое количество клетчатки, содержащейся в овощах и фруктах, проходит через пищеварительную систему человека в неизменном виде.Целлюлоза является частью материала, называемого клетчаткой, которую диетологи и диетологи определили как полезную для быстрого и эффективного перемещения пищи по пищеварительному тракту. Считается, что диета с высоким содержанием клетчатки снижает риск рака толстой кишки, поскольку клетчатка сокращает время, в течение которого продукты жизнедеятельности остаются в контакте со стенками толстой кишки (конечной частью пищеварительного тракта).

См. Также Пережевывание.

КНИГИ

Хон, Дэвид Н. С. и Нобуо Сираиси. Древесина и целлюлозная химия. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2001.

Кошидзима, Тетсуп. Связь между лигнином и углеводами в древесине и других тканях растений. Берлин и Нью-Йорк: Springer, 2003.

OTHER

Мартин Чаплин, Лондонский университет Саут-Бэнк. «Вода

Структура и поведение: целлюлоза». (по состоянию на 4 октября 2006 г.).

Кэтлин Скогна

Макромолекулы

До сих пор мы рассматривали только небольшие молекулы.Многие молекулы, важные для биологических процессов, ОГРОМНЫ. Эти известны как макромолекулы. Большинство макромолекул представляют собой полимеры, которые длинные цепочки субъединиц, называемые мономерами. Эти субъединицы часто очень похожи друг на друга, и при всем разнообразии полимеров (и живых вещи вообще) всего около 40-50 обычных мономеров.

Изготовление и разрушение полимеров

Соединение двух мономеров достигается с помощью процесса, известного как дегидратационный синтез.Один мономер отдает гидроксильную (ОН) группу, а один отдает (H). Они объединяются в молекулу воды. Отсюда и название дегидратация синтез.

Полимеры распадаются на части в процессе, известном как гидролиз . Связи между мономерами разрываются при добавлении воды. (3.3, стр. 36)

Найдено четыре основных категории органических соединений. в живых клетках.

Углеводы

Углеводы — это сахара и их полимеры.Простой сахара называются моносахаридами. Их можно соединить с образованием полисахаридов (3.5, стр 38). Глюкоза — важный моносахарид. Сахароза, дисахарид (состоящий из двух моносахаридов), представляет собой столовый сахар. (Обратите внимание на окончание «ose» обычен для большинства сахаров.)

Полисахариды могут быть получены из тысяч простых сахаров связаны вместе. Эти большие молекулы могут использоваться для хранения энергии. или для структуры. Сначала пара примеров хранения:

Крахмал — запасной полисахарид растений.Его это гигантская цепочка глюкоз. Растение может использовать энергию крахмала. сначала гидролизуя его, делая доступной глюкозу. Большинство животных могут также гидролизуют крахмал. Вот почему мы его едим.

Животные хранят гликогена в качестве запаса глюкозы. Он хранится в печени и мышцах. (3,7, стр. 39)

И несколько примеров структурных углеводов:

Целлюлоза — это полисахарид, производимый растениями. Это компонент клеточных стенок. Целлюлоза — это также нить глюкозы. молекулы.Потому что глюкозы соединяются по-разному, целлюлоза имеет другую форму и, следовательно, другие свойства, чем крахмал или гликоген. Используемые ферменты (мы скоро узнаем о них больше) гидролизовать крахмал не работают с целлюлозой. Большинство организмов не могут переваривать целлюлоза и проходит сквозь них (грубые корма). Козы и термиты на самом деле не переваривают целлюлозу, у них есть бактерии, которые делают это за них.

Хитин — важный полисахарид, используемый для экзоскелеты членистоногих.

Липиды

Липиды все похожи в том, что они (по крайней мере частично) гидрофобный . Есть три важных семейства липидов: жиры, фосфолипиды и стероиды.

Жиры

Жиры — это большие молекулы, состоящие из двух типов молекул, глицерин и некоторые жирные кислоты. Жирная кислота имеет длинную цепочку углерод и водород, обычно называемые углеводородным хвостом, с головка карбоксильной группы. (Карбоксильная группа поэтому называется кислотой).Глицерин имеет три атома углерода (3,8b, пг 40), поэтому он может получить три жирные кислоты. Это могут быть одинаковые три или разные. Это расположение трех почему жиры называются триглицеридами.

Жиры могут быть насыщенными и ненасыщенными. Это связано с количество водорода в хвосте. Ненасыщенные жирные кислоты содержат водород. отсутствуют, с заменой их двойными связями. Двойная связь дает жирную кислота перегиб (3.8c, pg 40). Насыщенные жиры остаются твердыми при комнатной температуре. и происходят от животных, ненасыщенные жиры происходят от растений и являются жидкими при комнатной температуре.

Жиры используются в качестве накопителей энергии высокой плотности у животных и в растениях (семенах). Его также можно использовать для изоляции животных.

фосфолипиды

Фосфолипиды похожи на жиры, но содержат две жирные кислоты. и фосфатная группа, присоединенная к глицерину. Хвосты жирных кислот гидрофобны. но фосфатная часть гидрофильна. Это важная особенность эти молекулы.

Еще о фосфолипидах, когда мы говорим о структуре мембраны.

Стероиды

Стероиды также являются липидами, но имеют углеродный скелет. четырех связанных колец (без глицерина) (3.9, стр.41). Разные Свойства различных стероидов обусловлены присоединенными функциональными группами. Холестерин — это стероид, который можно модифицировать для образования многих гормонов.

Белки

Белки чрезвычайно важны. Они большие, сложные молекулы, которые используются для структурной поддержки, хранения, транспортировки веществ, и как ферменты. Это сложная, разнообразная группа молекул, и тем не менее, все они представляют собой полимеры всего из 20 аминокислот.

Аминокислоты имеют углерод, присоединенный к водороду, амино группа, карбоксильная группа и что-то еще (R).Это что-то еще которые придают аминокислоте ее характеристики (3.12a и b, стр. 42).

Аминокислоты соединены пептидными связями (дегидратация синтез) (3.13, стр. 43). Полипептидные цепи — это цепочки аминокислот, соединены пептидными связями.

Белки образуются путем скручивания одного или нескольких полипептидов. цепи. Это форма или конформация белка, который придает ему его свойства. Есть четыре уровня белковой структуры.

Первичная структура — уникальная серия аминокислотных остатков. кислоты.Вторичная структура является результатом водородных связей вдоль цепь, которая вызывает повторяющиеся спиральные или складчатые узоры. Высшее учебное заведение структура накладывается на вторичную структуру. Это нерегулярный искривления, образованные связью между R группами. Некоторые R-группы амино кислоты имеют сульфгидрильные группы, которые соединяются вместе, образуя дисульфидные мостики. Четвертичная структура получается, когда белок состоит из более чем одна полипептидная субъединица (например, гемоглобин, у которого четыре полипептида субъединицы).Четвертичная структура — это взаимосвязь этих субъединиц. (Рисунок на стр. 45 для обобщения) Когда структура белка была изменена мы говорим, что он денатурирован. Денатурация происходит, когда водородные связи которые удерживают части молекулы с другими частями, разваливаются. Обычно в результате воздействия экстремальных значений pH или тепла. Некоторая денатурация обратима некоторые необратимы. Приготовление яиц денатурирует белки в яичных белках. Они не могут быть сырыми. Высокая температура может денатурировать белки (ферменты) в человеческое тело, которое может быть фатальным.

Нуклеиновые кислоты

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) представляют собой полимеры нуклеотидов (3.20a, стр. 47). Позже мы узнаем больше подробно описать роль этих нуклеиновых кислот в синтезе белка.

Нуклеотиды состоят из трех частей: фосфата и пентозы. сахар и азотистое основание. Пентозный сахар ДНК — дезоксирибоза. Пентозный сахар РНК — рибоза.

ЯЧЕЙКИ

Все организмы состоят из клеток .Субклеточные структуры называются органеллами . Цитология — это исследование клеточной структуры. «Анатомия» клетки обозначается как ее ультраструктура .

Есть два типа клеток: прокариотических клеток и эукариотических клеток . Четыре из пяти царств, протисты, растения, грибы и животные состоят из эукариотических клеток. Другое королевство, Monera (бактерии и цианобактерии) состоит из прокариотических клеток. Прокариотический у клеток нет истинного ядра.У них есть генетический материал (ДНК), но он в области нуклеоида . ДНК эукариот находится в ядре который заключен в мембранную ядерную оболочку . Ядро эукариот окружен в клетке цитоплазмой . В органеллы расположены в цитоплазме. Многие органеллы, найдены у эукариот, не найдены у прокариот.

Ячейки обычно очень маленькие. Размер самого маленького клеток ограничено минимальным количеством необходимого генетического материала чтобы клетка продолжала работать.В конечном итоге размер ячейки ограничен прохождение материалов через плазматическую мембрану . Все клетки заключены в плазматическую мембрану, и именно через эту мембрану все питательные вещества и отходы должны пройти. Как трехмерный объект растет по размеру его поверхность не поспевает за объемом. Таким образом клетки достигают ограничение их максимального размера. Разделение различных клеточных функций в другие структуры, закрытые мембраной, позволяет использовать более крупные клетки. Это почему эукариотические клетки обычно больше прокариотических клеток.Другой Фактором, ограничивающим размер ячеек, является то, что ячейка должна контролироваться ядром. Вы должны посмотреть раздел 4.2 о различных размерах ячеек.

Введение в мономеры и полимеры в химии

Мономер — это тип молекулы, которая имеет способность химически связываться с другими молекулами в длинной цепи; полимер представляет собой цепь из неопределенного числа мономеров. По сути, мономеры — это строительные блоки полимеров, которые представляют собой более сложный тип молекул.Мономеры — повторяющиеся молекулярные единицы — связаны в полимеры ковалентными связями.

Мономеры

Слово мономер происходит от моно — (один) и -мер (часть). Мономеры — это небольшие молекулы, которые могут повторяться вместе с образованием более сложных молекул, называемых полимерами. Мономеры образуют полимеры путем образования химических связей или супрамолекулярного связывания посредством процесса, называемого полимеризацией.

Иногда полимеры состоят из связанных групп мономерных субъединиц (до нескольких десятков мономеров), называемых олигомерами.Чтобы считаться олигомером, свойства молекулы должны значительно измениться, если одна или несколько субъединиц добавлены или удалены. Примеры олигомеров включают коллаген и жидкий парафин.

Родственный термин — «мономерный белок», который представляет собой белок, который связывается с образованием мультибелкового комплекса. Мономеры — это не просто строительные блоки полимеров, но и важные молекулы сами по себе, которые не обязательно образуют полимеры, если не созданы подходящие условия.

Примеры мономеров

Примеры мономеров включают винилхлорид (который полимеризуется в поливинилхлорид или ПВХ), глюкозу (которая полимеризуется в крахмал, целлюлозу, ламинарин и глюканы) и аминокислоты (которые полимеризуются в пептиды, полипептиды и белки).Глюкоза — самый распространенный природный мономер, который полимеризуется с образованием гликозидных связей.

Полимеры

Слово полимер происходит от поли- (много) и -мер (часть). Полимер может быть природной или синтетической макромолекулой, состоящей из повторяющихся звеньев меньшей молекулы (мономеров). Хотя многие люди используют термины «полимер» и «пластик» как синонимы, полимеры представляют собой гораздо более широкий класс молекул, который включает пластмассы, а также многие другие материалы, такие как целлюлоза, янтарь и натуральный каучук.

Соединения с более низкой молекулярной массой можно отличить по количеству содержащихся в них мономерных субъединиц. Термины димер, тример, тетрамер, пентамер, гексамер, гептамер, октамер, нонамер, декамер, додекамер, эйкозамер отражают молекулы, содержащие 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 20. мономерные звенья.

Примеры полимеров

Примеры полимеров включают пластмассы, такие как полиэтилен, силиконы, такие как глупая замазка, биополимеры, такие как целлюлоза и ДНК, природные полимеры, такие как каучук и шеллак, и многие другие важные макромолекулы.

Группы мономеров и полимеров

Классы биологических молекул можно сгруппировать по типам полимеров, которые они образуют, и мономерам, которые действуют как субъединицы:

• Липиды — полимеры, называемые диглицеридами, триглицеридами; мономеры — глицерин и жирные кислоты
• Белки — полимеры известны как полипептиды; мономеры — это аминокислоты
• Нуклеиновые кислоты — полимеры — это ДНК и РНК; мономеры представляют собой нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы
• Углеводы — полимеры представляют собой полисахариды и дисахариды *; мономеры — моносахариды (простые сахара)

* Технически диглицериды и триглицериды не являются настоящими полимерами, потому что они образуются в результате дегидратационного синтеза более мелких молекул, а не в результате сквозной связи мономеров, которая характеризует истинную полимеризацию.

Как образуются полимеры

Полимеризация — это процесс ковалентного связывания более мелких мономеров в полимер. Во время полимеризации химические группы мономеров теряются, так что они могут соединяться вместе. В случае биополимеров углеводов это реакция дегидратации, в которой образуется вода.

Ресурсы и дополнительная информация

• Cowie, J.