Проект «Углеводы и их роль и значение в жизни человека»

Проект "Углеводы и их роль и значение в жизни человека"

Тематика: 

Биология

Автор: 

Волков Иван
Бурзяева Дарина
Пащенко Алиса

Руководитель: 

Кравцова Галина Ивановна

Учреждение: 

Филиал МБОУ «СОШ с. Свердлово Калининского района Саратовской области» школа с. Красноармейское

Класс: 

6

В процессе проведения исследовательской работы над итоговым индивидуальным проектом по биологии на тему "Углеводы и их роль и значение в жизни человека" учащийся 6 класса изучил и классифицировал типы, свойства и функции углеводов, а также сформировал перечень продуктов, содержащих углеводы.

Содержание индивидуальной исследовательской работы (проекта) об углеводах и их роли и значении в жизни человека ученика 6 класса отражает выводы о том, что углеводы играют важную роль в жизни живых организмов на планете. Вместе с тем, бытует мнение о том, что первое соединение углевода появилось в тот момент, когда появилась первая живая клетка.

Оглавление

Введение

1. Химическая организация клетки

2. Типы углеводов

3. Cвойства углеводов

4. Функции углеводов

5. В чём содержатся углеводы?

6. Ежедневная потребность в углеводах

7. Личности, способствовавшие развитию понятий о углеводах

Заключение
Список использованных источников
 

Введение

Углеводы -- обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями.

Углеводы и их производные во всех живых клетках играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Углеводы выполняют не только питательную функцию в живых организмах, они также выполняют опорную и структурную функции. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы или их производные. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ.

Химическая организация клетки

Химическая организация клетки — совокупность всех веществ, входящих в состав клетки. В состав клетки входит большое количество химических элементов Периодической системы, из которых 86 постоянно присутствуют, 25 необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, а 16—18 из них абсолютно необходимы.

Все элементы, которые входят в химический состав организма, в зависимости от их доли содержания в клетке, можно разделить на четыре группы:

Органогены (биоэлементы) – химические элементы, которые входят в состав всех органических соединений и составляют примерно 98% от массы клетки:

• Водород – компонент воды и органических молекул

• Углерод – основа органических молекул

• Азот – компонент белков и нуклеиновых кислот

• Кислород – необходим для клеточного дыхания

Макроэлементы – элементы, содержащиеся в клетке в значительно меньших количествах – десятые и сотые доли процента:

• Натрий – важен в функционировании нервов

• Магний – компонент хлорофилла

• Фосфор – компонент нуклеиновых кислот, костей и зубов

• Сера – компонент некоторых белков и витаминов

• Хлор – главный анион в жидкостях вне клетки

• Калий – важен в функционировании нервов

• Кальций – кофактор ферментов, запускающий сокращение мышц и компонент костей, зубов и клеточных стенок растений

Микроэлементы – элементы, составляющие от 0,001% до 0,000001% массы живого организма:

• Железо – кофактор многих ферментов и составная часть гемоглобина

• Йод – участвует в обменных процессах

Ультрамикроэлементы – на их долю приходится менее 0,000001% от массы живого организма. К этой группе принадлежат золото, серебро, обладающие бактерицидным воздействием, ртуть, препятствующая обратному всасыванию воды в почечных канальцах, влияя на ферменты.
Химические соединения в клетке также могут быть разделены на две основные группы: органические и неорганические соединения.

Органические соединения являются химическими соединениями, которые содержат углерод. К органическим веществам в клетке относятся углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Некоторые из этих соединений синтезируются самой клеткой.

Вода – это неорганическое соединение, которое состоит из водорода и кислорода. Это важное вещество, но в клетке также содержится множество других химических элементов, с которыми мы ознакомимся в таблице ниже

Углеводы

Углеводы – это органические вещества, основной источник энергии для вашего организма. Это один из трёх макронутриентов, жизненно необходимых вам. Два других — белки и жиры.
Углеводы представляют собой соединения с общей формулой CnH2mOm или Cn (H2O)m, то есть условно состоящие из углерода и воды — отсюда их название. Содержание углеводов в живых клетках различно.

В животных клетках содержание углеводов колеблется от 1 до 5 %. В растениях содержание углеводов заметно выше — до 70 % в некоторых запасающих органах, например, в клубнях картофеля. Кроме высокого содержания углеводов для растений характерно и большее их разнообразие.

Типы углеводов

Моносахариды — простейшие углеводы, которые не распадаются до ещё более простых. Например, глюкоза, фруктоза.
Олигосахариды — более сложные соединения, построенные из нескольких (до 10) остатков моносахаридов. Например, раффиноза свёклы.

Дисахариды — сложные соединения, построенные из 2 остатков моносахаридов. Например, свекловичный или тростниковый сахар, лактоза (молочный сахар).

Полисахариды — сложные соединения, образованные из большого количества остатков глюкозы. Они делятся на перевариваемые (крахмал) и не перевариваемые (клетчатка). Клетчатка, благодаря своим свойствам, оказывает полезное действие на весь организм в целом. Способствует профилактике многих заболеваний, вплоть до рака.

Свойства углеводов

1. Молекулярная масса. Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.

2. Растворимость в воде. Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.

3. Окисление. Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.

4. Восстановление. При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.

5. Алкилирование. Под этим термином понимают образование простых эфиров.

6. Ацилирование. В это понятие включают образование сложных эфиров.

Функции углеводов

1. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, на основе их углеродного скелета образуются практически все другие вещества в клетках автотрофов. Гетеротрофы потребляют эти вещества в качестве пищи.

2. Энергетическая функция: углеводы являются наиболее удобным источником энергии. Основные пути получения энергии у всех живых организмов рассчитаны на использование глюкозы и фруктозы.

3. Структурная функция: полисахариды, например, целлюлоза и хитин, входят в состав клеточных стенок, хитинового панциря членистоногих. Также полисахариды являются неотъемлемыми компонентами соединительной ткани животных (хрящи, сухожилия и др.).

4. Запасающая (резервная) функция. Важнейшие резервные углеводы — крахмал (у растений) и гликоген (у животных и грибов).

5. Транспортная функция: в форме углеводов осуществляется основной транспорт веществ в многоклеточных организмах, например, в крови животных (глюкоза) или в флоэме высших растений (сахароза).

6. Остатки олигосахаридов, находящиеся на поверхности клеток в составе гликопротеинов и гликолипидов, играют важную роль в межклеточном взаимодействии и адгезии — организации клеток в ткани.

В чём содержатся углеводы?

К продуктам, содержащим простые углеводы, относятся мед, сахар, кукурузный сироп, белый хлеб. Сложные углеводы содержатся в макаронах, рисе и картофеле, во фруктах, ягодах и овощах, бобовых, орехах и цельнозерных продуктах.

Продукты помимо углеводов содержат витамины, клетчатку и антиоксиданты, которые важны для хорошего здоровья и самочувствия. Цельнозерновые продукты содержат также жирные кислоты, магний, витамины группы В, фолат и цинк. Фрукты и крахмалистые овощи содержат, помимо указанных выше нутриентов, фитонутриенты, такие как флавоноиды и каротиноиды.

Ежедневная потребность в углеводах

При употреблении простых углеводов уровень сахара в крови быстро поднимается и также быстро снижается. При употреблении сложных углеводов организму необходимо сперва разложить их до простых углеводов, а затем – до глюкозы. Этот процесс занимает больше времени, таки образом уровень сахара в крови повышается медленнее, и такие углеводы с меньшей вероятностью превращаются в жир.

Если вы употребляете с пищей избыточное количество углеводов, уровень сахара в крови может стать слишком высоким. Это заставит организм вырабатывать больше инсулина, который способствует преобразованию глюкозы в триглицериды — основной материал жировой ткани. Накопление избыточного количества жировой ткани может быть вредно для здоровья.

В условиях недостатка углеводов наш организм вынужден использовать белок или жир для получения энергии. Поскольку белки являются строительными блоками для организма, использование их в качестве источника энергии может неблагоприятно сказаться на здоровье. При использовании жиров в качестве источника энергии в организме образуются кетоновые тела. Повышенный уровень кетонов в крови называется кетозом.

Кетоз может быть опасен для организма. Также при низком содержании углеводов в рационе может возникнуть запор из-за недостатка клетчатки и питательных веществ.
Используйте в питании цельнозерновые продукты, сократите количество обычного хлеб и выпечки. Целые фрукты и овощи лучше, чем соки. Хорошо заменить картофель, особенно картофель фри, нутом, чечевицей, фасолью и другими бобовыми.
Количество углеводов, которое необходимо человеку, зависит от возраста, пола, роста, веса и уровня активности. 50—60% ежедневных калорий должны поступать из углеводов (то есть от 257 до 586г/сутки).

Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет. Физиологическая потребность в углеводах – для детей до года 13 г/кг массы тела, для детей старше года – от 170 до 420 г/сутки. Физиологическая потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 20 г/сутки, для детей старше 3 лет – 10 - 20 г/сутки.

Личности, способствовавшие развитию понятий о углеводах

Александр (Юлиус) Андреевич Колли (1840—1916) — русский химик-органик. Педагог, профессор химии Московского императорского университета и Московского императорского высшего технического училища. Брат физика Роберта Андреевича Колли.

Родился 16 (28) апреля 1840 года в семье купца 1-й гильдии, потомственного почётного гражданина, предки которой были выходцами из Шотландии и в первой половине XIX века перебрались в Москву. Представители этой семьи, помимо коммерции, принимали участие в благотворительных мероприятиях.

Окончил частное училище в Москве (1856) и физико-математический факультет Московского университета (1860). С 1864 года работал лаборантом в химической лаборатории Московского университета. В 1869 году защитил диссертацию на степень магистра химии «О виноградном сахаре». С 1874 года — приват-доцент аналитической химии (утверждён в должности в 1876 году) Московского университета. Одновременно с 1876 года был профессором и заведующим кафедрой органической и неорганической химии Московского технического училища. В 1903 году вышел в отставку. Читал также лекции по химии в Московском музее прикладных знаний.

В 1870 году он первым высказал предположение, что в молекуле глюкозы один из атомов кислорода связывает два атома углерода. В 1879 году он первым осуществил синтез дисахаридов из моносахаридов. Изучал процессы брожения сахаров.

В декабре 1893 — январе 1894 года на 9-м съезде естествоиспытателей и врачей профессор Александр Андреевич Колли выступил с докладом «Микроорганизмы с химической точки зрения», в котором был поставлен вопрос о передаче наследственных признаков малым числом молекул.
Умер 2 (15) октября 1916 года в Москве.

Его сын Владимир Александрович Колли (1864—1940) был главным врачом Морозовской больницы (1918—1922). Похоронен на Введенском кладбище города Москвы, в фамильной могиле на участке №5.

Павел Полиевктович Шорыгин (16 (28) апреля 1881 года, с. Горки Ковровского уезда Владимирской губернии — 29 апреля 1939 года, Москва) — советский химик-органик, академик АН СССР (29.01.1939).

Сын купца Полиевкта Тихоновича Шорыгина — одного из основателей Товарищества Шуйской мануфактуры.
Окончил с золотой медалью реальное училище Воскресенского в Москве (1898), и химический факультет ИМТУ (1903) — отделение «Беление, крашение и ситцепечатание».
В 1903 году уехал в Германию и поступил во Фрейбургский университет. В 1906 г. сдал докторские экзамены (тема диссертации — «О химической люминесценции. Кристаллолюминесценция и триболюминесценция»). По возвращении в Россию до 1911 г. работал в ИМТУ в должности ассистента кафедры неорганической химии.

В 1911 году защитил в Московском университете магистерскую диссертацию на тему: «Исследования в области металлоорганических соединений натрия». Две открытых им реакции вошли под его именем в классическую химию.

В 1911—1918 после смерти отца был директором Товарищества Шуйской мануфактуры.
В 1918—1928 доцент МВТУ, читал курс химии углеводов для будущих специалистов сахарной промышленности и химию взрывчатых веществ для студентов спецкафедры. В 1919 и 1920 возглавил кафедры органической химии в Ветеринарном и Лесохимическом институтах. В 1925 году оба вуза были переведены в Ленинград и Шорыгин переходит на работу в Московский химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева на должность профессора и зав. кафедрой органической химии.
В 1927 году опубликовал монографию «Химия углеводов».

Для организации в СССР производства искусственного волокна был создан специальный комитет, в котором Шорыгин возглавил Технический совет. В 1928 г. под его руководством была организована в МВТУ первая в СССР кафедра, готовившая специалистов по производству вискозного шёлка. В 1930 году при разделении МВТУ на несколько вузов эта кафедра была передана в состав ВХА РККА. В 1934 г. кафедра была переведена в МХТИ им. Д. И. Менделеева, где П. П. Шорыгин заведовал ею до сентября 1937 г.

В 1930-1938 гг. – научный руководитель НИИ искусственного волокна.
Другим направлением его деятельности стал синтез душистых веществ для парфюмерной промышленности. Предложенные им методы нашли широкое применение во многих странах.
Мировую известность принесли учёному исследования в области натрийорганических соединений. Написал много раз переиздававшиеся монографии «Химия углеводов» и «Химия целлюлозы». Автор вышедшего в 1939 году учебника «Курс органической химии».

Доктор химических наук (1934 - без защиты диссертации). Академик АН СССР (29.01.1939; член-корреспондент 1932).
Похоронен на Введенском кладбище (13 уч.).

Никола́й Константи́нович Кочетко́в (1915—2005) — российский химик-органик, профессор, член-корреспондент АМН СССР, академик РАН. Известен своими работами в области химии углеводов. Герой Социалистического Труда.

Николай Константинович Кочетков родился в Москве 18 мая (5 мая по юлианскому календарю) 1915 года. В 1932 году окончил Московский силикатный техникум. В 1932—1933 годах — старший техник центральной лаборатории стройматериалов Московского строительного треста, в 1932—1934 годах — старший лаборант Центральной заводской лаборатории Дорогомиловского химического завода им. М. В. Фрунзе. В 1934 году поступил в Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, который окончил в 1939 году.

С 1939 по 1945 годы служил в армии, участник Великой Отечественной войны, награждён орденом Отечественной Войны I степени.
После окончания войны работал ассистентом (с 1945 года), доцентом (с 1951 года), а с 1955 года — профессором кафедры органической химии химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

С 1954 по 1960 год Н. К. Кочетков исполнял обязанности заведующего отделом органического синтеза Института фармакологии и химиотерапии АМН СССР, а с 1959 по 1966 годы работал в Институте химии природных соединений АН СССР в должностях заместителя директора и заведующего лабораторией химии углеводов и нуклеотидов. С 1966 по 1988 год был директором и заведующим лаборатории химии углеводов Института органической химии им. Н. Д. Зелинского АН СССР, с 1988 года — почётный директор института и научный руководитель лаборатории химии углеводов.

Заключение

Вследствие индивидуального проекта по биологии на тему «Углеводы и их роль и значение в жизни человека» учащийся 6 класса определил, что значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их "сберегающего белок" действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д. Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых Таким образом: углеводы играют огромную роль в жизни живых организмов на планете ученые считают, что примерно когда появилось первое соединение углевода, появилась и первая живая клетка.