Функции углеводов – основные в организме человека и клетке в таблице

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 290.

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 290.

Углеводы или сахара – одни из важнейших органических веществ в природе. Функция углеводов в организме человека связана с процессом метаболизма – гликолизом, в результате которого высвобождается энергия.

Строение

Молекула углевода состоит из нескольких карбонильных (=С=O) и гидроксильных (-ОН) групп. В зависимости от строения различают три группы углеводов:

  • моносахариды;
  • олигосахариды;
  • полисахариды.

Моносахариды – простейшие сахара, состоящие всего из одной молекулы. Моносахариды включают несколько групп, различающихся количеством атомов углерода в молекуле – структурной единице. Моносахариды, содержащие три атома углерода, называются триозами, пять – пентозами, шесть – гексозами и так далее. Наиболее значимыми для живых организмов являются пентозы, входящие в состав нуклеиновых кислот, и гексозы, из которых состоят полисахариды.

Пример гексозы – глюкоза.

Рис. 1. Глюкоза.

Олигосахариды включают от двух до 10 структурных единиц. В зависимости от их количества выделяют:

  • дисахариды – диозы;
  • трисахариды – триозы;
  • тетрасахариды – тетраозы;
  • пентасахариды;
  • гексасахариды и т.д.

Наиболее значимым являются дисахариды (лактоза, сахароза, мальтоза) и трисахариды (рафиноза, мелицитоза, мальтотриоза).

В состав олигосахаридов могут входить однородные и неоднородные молекулы. В связи с этим различают:

  • гомоолигосахариды – все молекулы одинаковой структуры;
  • гетероолигосахариды
    – молекулы разной структуры.
Рис. 2. Гомоолигосахариды и гетероолигосахариды.

Наиболее сложными углеводами являются полисахариды, состоящие из множества (от 10 до тысяч) моносахаридов. К ним относятся:

  • целлюлоза;
  • гликоген;
  • крахмал;
  • хитин.
Рис. 3. Полисахарид.

В отличие от олигосахаридов и моносахаридов полисахариды жёсткие, нерастворимые в воде вещества без сладкого вкуса.

Формула углеводов – Cn(H2O)m. В молекуле любого углевода присутствуют не меньше трёх атомов углерода.

Функции

Основная функция углеводов в клетке – превращение в энергию. АТФ (аденозинтрифосфат) – универсальный источник энергии – включает моносахарид рибозу. АТФ формируется в результате гликолиза – окисления и распада глюкозы на пируват (пировиноградную кислоту). Гликолиз проходит в несколько этапов. Углеводы полностью окисляются до углекислого газа и воды, при этом высвобождается энергия.

В таблице перечислены основные функции углеводов.

Функция

Описание

Структурная

Полисахариды являются материалом для опорных структур. Благодаря целлюлозе, входящей в клеточную стенку, растения приобретают жёсткость. Хитин входит в состав клеток грибов и придаёт жёсткость экзоскелету членистоногих

Энергетическая

Углеводы – главный источник энергии. При расщеплении грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии

Защитная

Образуют шипы и колючки растений

Запасающая

Запасаются в виде зёрен крахмала у растений и гранул гликогена у животных. При недостатке энергии крахмал и гликоген расщепляются до глюкозы

Осмотическая

Регулируют осмотическое давление

Рецепторная

Входят в состав клеточных рецепторов

Некоторые углеводы образуют с липидами и белками сложные структуры – гликолипиды и гликопротеины. Они входят в состав клеточных мембран. Антитела, плазма крови, рецепторные белки – гликопротеины.

Что мы узнали?

Сахара – сложные органические соединения, необходимые всем живым организмам. Они состоят из одной или нескольких молекул, содержащих несколько карбонильных и гидроксильных групп. Углеводы выполняют важные биологические функции.

Углеводы являются источником энергии, входят в состав клеточных стенок растений и грибов, составляют экзоскелет членистоногих. Они накапливаются в виде крахмала и гликогена, участвуют в передаче сигналов, регулируют осмотическое давление.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

  • Валерия Энгиноева

    9/10

  • Татьяна Барабашева

    7/10

  • Юлия Дмитриева

    10/10

  • Ксения Офутеян

    7/10

Оценка доклада

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 290.

А какая ваша оценка?

Химический состав клетки. Углеводы, липиды. | Материал для подготовки к ЕГЭ (ГИА) по биологии (11 класс):

Опубликовано 31.03.2021 — 23:52 — Яковлева Надежда Валентиновна

Химический состав клетки. Углеводы, липиды. Три варианта контрольных работ с ответами.  

Скачать:


Предварительный просмотр:

Химический состав клетки.

Минеральные вещества. Углеводы. Липиды.

Вариант 1.

Задания на выбор одного верного ответа.

1. Функция простых углеводов в клетке

     А. каталитическая                   В. хранение наследственной информации

     Б. энергетическая                    Г. участие в биосинтезе белка

2. К полисахаридам относится

     А. галактоза      Б. глюкоза          В. хитин          Г. рибоза

3. В молекуле хлорофилла содержится микроэлемент

     А. фосфор        Б. кальций       В. магний         Г. сера

4. При окислении каких веществ освобождается больше энергии?

     А. глюкозы       Б. крахмала       В. белков         Г. жиров

5. Наука цитология изучает:

     А. строение клеток одноклеточных и многоклеточных организмов;

     Б. строение органов и системы органов многоклеточных организмов;

     В.  фенотип организмов разных царств;

     Г. морфологию растений и особенности их развития.

6. Среди углеводов гексозой является:

     А. рибоза         Б. глюкоза           В. хитин             Г. гликоген

7. Запасающее вещество растений:

     А. глюкоза         Б. крахмал         В. гликоген         Г. хитин

8. Оболочка гриба содержит:

     А. хитин         Б. целлюлозу           В. гликоген          Г. гликокаликс

9. Какую функцию не выполняют в клетке липиды?

     А. энергетическую                     Б. запасающую    

     В. структурную                          Г. сигнальную

10. Вода участвует в теплорегуляции живых организмов благодаря

     А. полярности молекул          Б. высокой теплоемкости

     В. низкой теплоемкости         Г. небольшим размерам молекул

Задания с выбором трех верных ответов из шести предложенных.

11. Липиды в клетке выполняют функции

     А.  сигнальную

     Б. структурную

     В. запасающую

     Г. энергетическую

     Д. транспортную

     Е. ферментативную

Задания на установление соответствия между содержанием первого и второго столбцов.

12.  Установите соответствие между характеристикой углеводов и их

     видом.

ХАРАКТЕРИСТИКА

  1. молекулы состоят из небольшого числа

атомов  углерода

  1. молекулы состоят из сотен атомов

углерода

3. являются биополимерами

4. бесцветные вещества, имеют сладкий вкус

5. хорошо растворимы в воде

6. в воде практически не растворимы

ВИДЫ    УГЛЕВОДОВ

А. моносахариды

Б. полисахариды

1

2

3

4

5

6

Дайте краткий свободный ответ.

13. В клетках всех организмов имеется вода. При замерзании она может

      разорвать внутренние структуры клетки и вызвать гибель

      организмов. Почему же зимой не погибают растения, лягушки,

      насекомые и многие другие  холоднокровны животные при

      охлаждении их тела ниже 00С?

Предварительный просмотр:

Химический состав клетки.

Минеральные вещества. Углеводы. Липиды.

Вариант 2.

Задания на выбор одного верного ответа.

1. К ультрамикроэлементам клетки относят:

     А. углерод, кислород, азот        Б. натрий, магний, калий

     В. фосфор, иод, кальций            Г. марганец, молибден, медь

2. Рибоза является структурным элементом:

     А. нуклеиновых кислот                Б. белков      

     В. липидов                                     Д. крахмала

3. Каково значение крахмала и гликогена в клетке?

     А. Ускоряют биохимические реакции в живой клетке;

     Б. Защищают организм от проникновения в него возбудителей  

          заболеваний;

     В. Являются запасными веществами;

     Г. Регулируют физиологические процессы.

4. Значительную часть содержимого клетки составляет вода, которая

     А. образует веретено деления           Б. образует глобулы белка

     В. растворяет жиры                            Г. придает клетке упругость

5. Запасной полисахарид, который содержится в клетках печени и мышц

      человека и ряда животных, называют:

     А. крахмалом       Б. клетчаткой       В. сахарозой         Г. гликогеном  

6. В клетке липиды, в отличие от углеводов, выполняют функцию

     А. энергетическую                 Б. структурную  

     В. запасающую                       Г. регуляторную

7. Вам дано 2 вещества: глюкоза и крахмал. Каким из способов вы

     абсолютно точно сможете их различить?

     А.  по запаху      Б. по растворимости в воде     В. по цвету     Г. по массе

8. В животных клетках в качестве основного резервного энергетического

    вещества накапливается:

     А. мальтоза        Б. миоглобин         В. глюкоза         Г. гликоген

9. Мономером  полисахаридов крахмала и целлюлозы являются

     А. нуклеотид       Б. аминокислота        В. глицерин         Г. глюкоза

10. К липидам не относится

     А. гликоген          Б. жир          В. воск          Г. стероиды

Задания с выбором трех верных ответов из шести предложенных. 

11. Какова роль минеральных солей в жизни животных?

     А. участвуют в обмене веществ

     Б. обеспечивают прочность скелета

     В. обеспечивают клетку энергией

     Г. регулируют содержание сахара в крови

     Д. обеспечивают терморегуляцию

     Е. поддерживают кислотность среды

Задания на установление соответствия между содержанием первого и второго столбцов.

12. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов  

      и их видом.

ОСОБЕННОСТИ   УГЛЕВОДОВ

1.  содержится в оболочке грибов

2. запасающий углевод животных 

3. содержится в оболочке клеток растений

4. является основой наружного скелета

    членистоногих

5. запасающий углевод растений

6. запасающий углевод грибов

ВИД   УГЛЕВОДА

А. целлюлоза

Б. крахмал

В. гликоген

Г. хитин

1

2

3

4

5

6

Дайте краткий свободный ответ.

13. Почему жиры наиболее энергетически ценные вещества?

Предварительный просмотр:

Химический состав клетки.

Минеральные вещества. Углеводы. Липиды.

Вариант 3.

Задания на выбор одного верного ответа.

1.Необходимейшим веществом клетки, участвующим почти во всех

    химических реакциях является:

     А. полисахарид        Б. полипептид         В. полинуклеотид        Г. вода

2.  К полисахаридам не относится:

     А. гликоген         Б. крахмал           В. целлюлоза            Г. рибоза

3. Запасающим веществом растений является:

     А. гликоген     Б. хитин       В. крахмал         Г. дезоксирибоза

4. Терморегуляторную функцию у Китообразных и Ластоногих

     выполняют

     А. углеводы        Б. жиры        В. белки        Г. нуклеиновые кислоты

5. Микроэлемент, входящий в состав гемоглобина крови, —

     А.  калий          Б. натрий          В. кальций           Г. железо

6. Крахмал – это:

     А. полисахарид        Б. липид       В. белок         Г. дисахарид

7. Какими свойствами обладают полисахариды?

     А. хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус

     Б. плохо растворимы в воде, сладкие на вкус

     В. теряют сладкий вкус и способность растворяться

     Г. не имеют вкуса, но хорошо растворимы в воде

8. Вода играет большую роль в жизни клетки, она

     А. участвует во многих химических реакциях

     Б. обеспечивает нормальную кислотность среды

     В. ускоряет химические реакции

     Г. входит в состав мембран

9. В клетке липиды выполняют функцию:

     А. каталитическую              Б. транспортную  

     В. информационную           Г. энергетическую

10. К дисахаридам относится

     А. фруктоза          Б. лактоза          В. крахмал          Г. хитин

Задания с выбором трех верных ответов из шести предложенных.  

11. Какие функции выполняет в клетке вода?

     А. строительную

     Б. растворителя

     В. каталитическую

     Г. запасающую

     Д. транспортную

     Е. придает клетке упругость

Задания на установление соответствия между содержанием первого и второго столбцов.

12. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов  

      и их видом.

ОСОБЕННОСТИ   УГЛЕВОДОВ

1.  полимер

2. мономер

3. растворим в воде

4. сладкий на вкус

5. запасающий углевод растений

6. первоначальный продукт фотосинтеза

ВИД   УГЛЕВОДА

А. глюкоза

Б. крахмал

1

2

3

4

5

6

Дайте краткий свободный ответ.

13. Всем известно, что водомерки бегают по воде, как посуху. Воду

      можно налить в стакан «с верхом», и она не прольется, в отличие от

      других жидкостей. Как вы объясните это явление? Благодаря какому

      свойству воды оно возможно?

Предварительный просмотр:

Липиды. Углеводы. Минеральные вещества.

1 вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Б

В

В

Г

А

Б

Б

А

Г

Б

11. Б В Г

12.  А Б Б А А Б

13. В цитоплазме клеток содержится не вода, а растворы орг. и мин. веществ.

2 вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Г

А

В

Г

Г

Г

Б

Г

Г

А

11. А Б Е

12. Г В А Г Б Г

13. При окислении жиров высвобождается в два раза больше энергии, чем при окислении др. веществ (38,9 кДж а не 17,6 кДж).

3 вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Г

Г

В

Б

Г

А

В

А

Г

В

11. Б Д Е

12. Б А А А Б А

13. Поверхностное натяжение.

13 – 15 баллов – 5

10 – 12 баллов – 4

6 – 9 баллов – 3

0 – 5 баллов – 2

Белки.


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

«Химический состав клетки»

тест для класса 9 по теме «Химический состав клетки»…

Конспект урока «Химический состав клетки» 5-6 класс

В данном материале представлен конспект урока с описанием лабораторной работы, презентация и видеофрегмент «Движение цитоплазмы». Использовать материал можно при изучении курса «Природоведение» в 5 кл…

Тренировочный тематический тест для подготовки к ЕГЭ по биологии. Тема: «Химический состав клетки».

Тест предназначен для подготовительных занятий к ЕГЭ по биологии. Тема:»Химический состав клетки»….

Проверочная работа по теме «Химический состав клетки»

Небольшая проверочная работа подходит для проверки усвоения знаний по теме » Химический состав клетки». Эта работа включает в себя вопросы об органических и неорганических веществах клетки….

Интегрированный урок по теме «Химический состав клетки. Неорганические вещества и их роль в клетке» 10 класс

Интегрированный урок по теме «Химический состав клетки. Неорганические вещества и их роль в клетке» составлен для учащихся 10 класса (базовый уровень — 1 час в неделю) по программе В.В.Пасечника….

Органоиды клетки. Химический состав клетки.

Тест. 5 класс.Органоиды клетки. Химический состав клетки.Вариант 1.1. Наследственная информация содержится в:1) цитоплазме 2) ядре 3) вакуоли 4) клеточной мембране2. Клеточная стенка – составная…

Органоиды клетки. Химический состав клетки.

Органоиды клетки. Химический состав клетки. Использовать в качестве проверки знаний. актуализации знаний. Дя подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по биологии….


Поделиться:

 

4.4: Функции углеводов в организме

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    471
    • Анонимный
    • LibreTexts

    Цели обучения

    • Перечислите четыре основные функции углеводов в организме человека.

    В организме человека углеводы выполняют пять основных функций. Они производят энергию, хранят энергию, строят макромолекулы, экономят белок и помогают в метаболизме липидов.

    Производство энергии

    Основная роль углеводов заключается в снабжении энергией всех клеток организма. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как эритроциты, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозы для производства энергии и функционирования (если только не в условиях экстремального голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями. Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы исходит от химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки в нашем организме разрывают эти связи и захватывают энергию для осуществления клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных стадиях, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую химическими связями в глюкозе.

    Первая стадия расщепления глюкозы называется гликолизом, который представляет собой сложную серию из десяти стадий ферментативной реакции. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах фабрики энергии, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии. Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в форме, которую клетки могут использовать.

    Хранение энергии

    Если в организме уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы откладывается в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени). Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что позволяет глюкозе быстро распространяться, когда она необходима для производства клеточной энергии (рис. \(\PageIndex{1}\)).

    Рисунок \(\PageIndex{1}\) : Структура гликогена обеспечивает его быструю мобилизацию в свободную глюкозу для питания клеток.

    Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалориям: 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Длительное использование мышц (например, упражнения в течение более нескольких часов) может истощить энергетический запас гликогена. Это называется «ударом о стену» или «ударом» и характеризуется усталостью и снижением физической работоспособности. Наступает ослабление мышц, потому что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для преобразования глюкозы. После длительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки в качестве источника энергии. Спортсмены могут немного увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнования. Людям, которые не занимаются тяжелыми тренировками и решили пробежать 5-километровый забег ради удовольствия, не нужно съедать большую тарелку макарон перед забегом, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации увеличенного мышечного гликогена.

    Печень, как и мышцы, может запасать энергию глюкозы в виде гликогена, но, в отличие от мышечной ткани, она жертвует своей запасенной энергией глюкозы другим тканям организма, когда уровень глюкозы в крови низкий. Приблизительно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза вырабатывается из аминокислот, полученных при разрушении белков, для поддержания метаболического гомеостаза.

    Создание макромолекул

    Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторое количество глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ (рис. \(\PageIndex{2) }\)). Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, которая важна для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме. Если вся энергия, запасы гликогена и строительные потребности организма удовлетворены, избыток глюкозы может быть использован для образования жира. Вот почему диета со слишком высоким содержанием углеводов и калорий может привести к увеличению веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\) : Молекула сахара дезоксирибоза используется для построения основы ДНК.© Shutterstock

    Запасной белок

    В ситуации, когда не хватает глюкозы для удовлетворения потребностей организма , глюкоза синтезируется из аминокислот. Поскольку запасной молекулы аминокислот нет, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Присутствие достаточного количества глюкозы в основном избавляет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

    Метаболизм липидов

    По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно оказывает «жиросберегающий» эффект. Это связано с тем, что увеличение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии. Адекватный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза. Кетоз – метаболическое состояние, возникающее в результате повышения уровня кетоновых тел в крови. Кетоновые тела являются альтернативным источником энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела имеют кислую среду, и их высокое содержание в крови может привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей, страдающих от недоедания, и у людей с диабетом 1 типа. Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.

    Углеводы имеют решающее значение для поддержания самой основной функции жизни — производства энергии. Без энергии не осуществляется ни один из других жизненных процессов. Хотя наши тела могут синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и в случае со всеми питательными веществами, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.

    Ключевые выводы

    • Четыре основные функции углеводов в организме: обеспечение энергией, хранение энергии, построение макромолекул и резервирование белков и жиров для других целей.
    • Энергия глюкозы запасается в виде гликогена, большая часть которого находится в мышцах и печени. Печень использует свой запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Некоторое количество глюкозы также используется в качестве строительных блоков важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ.
    • Присутствие достаточного количества глюкозы в организме избавляет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

    Начало обсуждения

    1. Обсудите две причины, по которым важно включать углеводы в свой рацион.
    2. Зачем организму нужен запас белка?
    1. Наверх
    • Была ли эта статья полезной?
    1. Тип изделия
      Раздел или страница
      Автор
      Аноним
      Лицензия
      CC BY-NC-SA
      Версия лицензии
      3,0
      Программа OER или Publisher
      Издатель, имя которого нельзя называть
      Показать оглавление
      нет
    2. Теги
        На этой странице нет тегов.

    Функции углеводов в организме – питание человека [УСТАРЕЛО]

    Глава 4. Углеводы

    В организме человека углеводы выполняют пять основных функций. Они производят энергию, хранят энергию, строят макромолекулы, экономят белок и помогают в метаболизме липидов.

    Производство энергии

    Основная роль углеводов заключается в снабжении энергией всех клеток организма. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как эритроциты, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозу для производства энергии и функций (если только не находится в условиях экстремального голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями.

    Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы исходит от химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки в нашем организме разрывают эти связи и захватывают энергию для осуществления клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных стадиях, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую химическими связями в глюкозе.

    Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом. Гликолиз, или расщепление глюкозы, представляет собой сложную серию из десяти стадий ферментативной реакции. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах фабрики энергии, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии. Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в форме, которую клетки могут использовать.

    Рисунок 4.10 Клеточное дыхание

    Клеточное дыхание — это процесс, посредством которого энергия захватывается из глюкозы.

    Аккумулятор энергии

    Если в организме уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы откладывается в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени). Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что позволяет глюкозе быстро распространяться, когда она необходима для производства клеточной энергии.

    Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалориям — 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Длительное использование мышц (например, упражнения в течение более нескольких часов) может истощить энергетический запас гликогена. Помните, что это называется «ударом в стену» или «стуком» и характеризуется усталостью и снижением физической работоспособности. Наступает ослабление мышц, потому что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для преобразования глюкозы. После длительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки в качестве источника энергии. Спортсмены могут немного увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнования. Людям, которые не занимаются тяжелыми тренировками и решили пробежать 5-километровый забег ради удовольствия, не нужно съедать большую тарелку макарон перед забегом, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации увеличенного мышечного гликогена.

    Печень, как и мышцы, может запасать энергию глюкозы в виде гликогена, но, в отличие от мышечной ткани, при низком уровне глюкозы в крови она жертвует запасенной энергией глюкозы другим тканям организма. Приблизительно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза вырабатывается из аминокислот, полученных при разрушении белков, для поддержания метаболического гомеостаза.

    Создание макромолекул

    Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторое количество глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ. Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, которая важна для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме. Если вся энергия, запасы гликогена и строительные потребности организма удовлетворены, избыток глюкозы может быть использован для образования жира. Вот почему диета со слишком высоким содержанием углеводов и калорий может привести к увеличению веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

    Рисунок 4.11 Химическая структура дезоксирибозы

    Молекула сахара дезоксирибоза используется для построения основы ДНК. Изображение предоставлено rozeta / CC BY-SA 3.0

    Рисунок 4.12 Двухцепочечная ДНК

    Изображение от Forluvoft / Public Domain

    В ситуации, когда глюкозы недостаточно для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот. Поскольку запасной молекулы аминокислот нет, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Присутствие достаточного количества глюкозы в основном избавляет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

    По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно оказывает «жиросберегающий» эффект. Это связано с тем, что увеличение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии.