§ 5 Структура та біологічні функції вуглеводів

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Як, на вашу думку, споживання цукру та солодощів пов’язане зі здоров’ям зубів?

Надмірне споживання цукру та солодощів створює сприятливе середовище для життєдіяльності бактерій у ротовій порожнині, які в процесі переробки вуглеводів виділяють кислоти. Ці кислоти руйнують зубну емаль, що призводить до виникнення карієсу.

Запропонуйте способи його збереження.

Для збереження здоров’я зубів необхідно обмежити вживання швидких вуглеводів, чистити зуби двічі на день, використовувати зубну нитку для видалення залишків їжі та регулярно проходити профілактичні огляди у стоматолога.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Як пояснити, чому виноград та плоди багатьох рослин мають солодкий смак завдяки глюкозі або фруктозі? Щоб дати відповідь на це запитання, скористайтеся схемою 4.

Відповідно до схеми 4, глюкоза та фруктоза є моносахаридами, які мають виражений солодкий смак і є основними компонентами багатьох плодів та меду. Рослини накопичують ці легкі вуглеводи у плодах як джерело енергії та засіб для приваблення тварин, які сприяють розповсюдженню насіння.

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Які молочні продукти можна безпечно вживати людям із лактозною непереносимістю?

Люди з лактозною непереносимістю можуть безпечно вживати спеціальні безлактозні молочні продукти, а також тверді витримані сири (пармезан, чеддер, швейцарський сир), оскільки в процесі їхнього дозрівання лактоза руйнується. Також зазвичай добре переносяться кисломолочні продукти з живими культурами бактерій (йогурт, кефір), оскільки бактерії допомагають розщеплювати лактозу.

ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА

Моделювання будови полімерів (на прикладі полісахаридів). Запропонуйте спосіб змоделювати будову молекул крохмалю, целюлози або глікогену. Виготовте модель.

Для моделювання будови полісахаридів пропонується використовувати однакові за формою та кольором елементи (наприклад, пластилінові кульки або намистини), що символізують мономери — залишки глюкози, та з’єднувати їх за допомогою ниток або зубочисток. Для моделювання молекули крохмалю (амілози) слід з’єднати кульки у довгий нерозгалужений ланцюг, а для моделювання глікогену — створити структуру з основним ланцюгом та численними бічними розгалуженнями.

Чи вдалося вам зрозуміло та наочно показати будову полісахариду? Оцініть свій результат.

Виготовлена модель наочно демонструє принцип побудови біополімерів із повторюваних ланок і чітко відображає просторову відмінність між лінійними та розгалуженими полісахаридами. Результат оцінюється як успішний, оскільки модель дає чітке уявлення про складну будову макромолекул на основі простих цукрів.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВУГЛЕВОДІВ (ГЛЮКОЗИ, ФРУКТОЗИ, САХАРОЗИ, КРОХМАЛЮ, ЦЕЛЮЛОЗИ)

1. Спрогнозуйте властивості обраних сполук: розчинність у воді, смак, здатність бути згущувачем та карамелізуватися, відношення до розчину йоду, розщеплення на моносахариди за наявності кислот та невеликого нагрівання тощо.

2. Сформулюйте мету й завдання дослідження відповідно до описаних властивостей. Як перевірити розщеплення крохмалю кислотою під час нагрівання? Яке явище ми досліджуємо, якщо розчин крохмалю з йодом нагрівати та охолоджувати?

Метою дослідження є експериментальна перевірка фізичних та хімічних властивостей різних груп вуглеводів.
Завдання дослідження включають порівняння розчинності та смакових якостей цукрів, виявлення крохмалю за допомогою йоду та вивчення процесу його кислотного гідролізу.

Для перевірки розщеплення крохмалю кислотою необхідно додати до розчину крохмалю невелику кількість розведеної сульфатної або хлоридної кислоти та нагріти суміш протягом кількох хвилин. Ознакою завершення гідролізу буде відсутність синього забарвлення при додаванні йоду до проби розчину, оскільки крохмаль перетвориться на декстрини та глюкозу.

Під час нагрівання та охолодження розчину крохмалю з йодом досліджується явище оборотності комплексоутворення. При нагріванні синій колір зникає через руйнування сполуки включення йоду в молекулу крохмалю, а при охолодженні колір відновлюється, що свідчить про повторне утворення цього комплексу.

3. Виконайте дослідження й зробіть висновки щодо властивостей та можливостей застосування вуглеводів.

На основі проведених досліджень можна зробити висновок, що властивості вуглеводів залежать від їхньої молекулярної структури. Моносахариди та дисахариди добре розчиняються та мають солодкий смак, що зумовлює їх застосування як підсолоджувачів у харчовій промисловості. Полісахариди виконують структурні (целюлоза) та запасаючі (крохмаль) функції. Здатність крохмалю утворювати клейстер дозволяє використовувати його як згущувач, а здатність до гідролізу з утворенням глюкози робить його важливою сировиною для отримання патоки та спирту.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Назвіть відоме вам застосування бавовни та вати (целюлози) в побуті. Знайдіть інформацію про інші способи застосування целюлози та створіть зразок інфографіки про це. Оцініть значення матеріалів, що містять целюлозу, в сучасному житті людства. Чи є їм альтернатива? Презентуйте свою мінідоповідь у класі.

Бавовна та вата використовуються в побуті для виготовлення одягу, постільної білизни, рушників, засобів особистої гігієни та медичних перев’язувальних матеріалів.

Інфографіка застосування целюлози:

• Паперова промисловість: виготовлення паперу, картону, пакувальних матеріалів.
• Текстильна промисловість: виробництво тканин (бавовна, віскоза, ацетатне волокно).
• Будівництво: деревні матеріали, теплоізоляційні плити.
• Хімічна промисловість: виробництво лаків, емалей, штучного шовку, целофану та бездимного пороху.

Целюлозовмісні матеріали мають критичне значення для людства, оскільки вони є відновлюваними, біорозкладними та екологічно безпечними. Альтернативою є синтетичні полімери (пластик, поліестер), проте вони спричиняють значне забруднення довкілля, тому світовий тренд спрямований на повернення до використання целюлози.

2. Пригадайте регуляцію рівня глюкози в крові. Складіть схему регуляції вмісту глюкози крові, використовуючи такі слова і словосполучення: зниження рівня глюкози, підвищення рівня глюкози, глюкагон, інсулін, клітини печінки, розщеплення глікогену, синтез глікогену, вивільнення глюкози, захоплення глюкози. Презентуйте своє пояснення значення глікогену печінки для регуляції рівня глюкози крові.

Схема регуляції вмісту глюкози:

1. Підвищення рівня глюкози (після їжі) → виділення підшлунковою залозою гормону інсулін → активне захоплення глюкози тканинами та клітинами печінки → синтез глікогену (запасання) → зниження рівня глюкози до норми.

2. Зниження рівня глюкози (голодування, фізичне навантаження) → виділення підшлунковою залозою гормону глюкагон → вплив на клітини печінки → розщеплення глікогену → вивільнення глюкози в кров → підвищення рівня глюкози до норми.

Глікоген печінки виконує роль головного депо глюкози в організмі. Його значення полягає у підтримці стабільної концентрації цукру в крові між прийомами їжі, що забезпечує безперебійне енергопостачання мозку та інших органів. Коли рівень глюкози падає, печінка швидко розщеплює свій запас глікогену і вивільняє вільну глюкозу в системний кровотік.

3. Вуглеводи виконують такі функції: структурну (будівельну), захисну, резервну (запасну), енергетичну (розщеплюються із запасанням енергії в АТФ) та пластичну (слугують для синтезу інших речовин). Використовуючи текст параграфа, доберіть до кожної функції один або кілька прикладів вуглеводів і поясніть їхню біологічну роль.

4. А) З якою метою дослідник чи дослідниця проводили це дослідження? Сформулюйте мету дослідження.

Метою дослідження було визначення структури споживання вуглеводвмісних продуктів у раціоні людей та оцінка їхнього внеску в загальне харчування для розробки системи оцінювання якості вуглеводної їжі.

Б) У яких із зазначених продуктів переважають прості, а в яких — складні вуглеводи?

Прості вуглеводи переважають у фруктах, цукерках, десертах та солодкій випічці. Складні вуглеводи (полісахариди) переважають у зварених зернових, хлібі, злакових пластівцях, бобових та овочах.

В) За результатами дослідження визначте, які продукти належать до основних джерел вуглеводів у раціоні харчування людей.

Основними джерелами вуглеводів у раціоні є зварені зернові (24 %), хліб (14 %) та фрукти (14 %).

Г) Знайдіть інформацію та побудуйте діаграму вмісту простих та складних вуглеводів у продуктах харчування, що є основними джерелами вуглеводів.

Для візуалізації співвідношення простих та складних вуглеводів у ключових продуктах наведено наступну таблицю:

Д) Чому варто споживати менше продуктів, які містять прості вуглеводи? Які з-поміж названих продуктів входять до вашого раціону харчування?

Продукти з великим вмістом простих вуглеводів спричиняють різке підвищення рівня цукру в крові, що призводить до надмірного виділення інсуліну та відкладання жиру. До мого раціону входять зварені зернові, хліб, овочі та фрукти.

Е) На основі дослідження й даних побудованої вами діаграми зазначте, які продукти варто споживати, а які слід обмежити.

Варто споживати зварені зернові, бобові та овочі, оскільки вони є джерелом складних вуглеводів та енергії тривалої дії. Слід обмежити споживання цукерок, десертів, солодкої випічки та солоних снеків, які містять надлишкову кількість швидких цукрів.

Ж) Оцініть ваш раціон за збалансованістю щодо вуглеводвмісних продуктів харчування.

Мій раціон є збалансованим, оскільки основна частка вуглеводів надходить із круп та овочів, що забезпечує організм енергією без ризику розвитку порушень метаболізму, а частка кондитерських виробів є мінімальною.