Функция в организме целлюлозы: Биологическая роль целлюлозы и области применения

Содержание

Биологическая роль целлюлозы  - Kratkoe.com

Научные доклады

Автор J.G. На чтение 2 мин. Обновлено

Какова роль целлюлозы в организме человека, Вы узнаете из этой статьи.

Что такое целлюлоза?

Целлюлоза представляет собой природный полимер глюкозы, имеющий растительное происхождение и линейное строение молекул. Другими словами ее называют еще клетчатой. На нашей планете среди всех органических соединений она занимает первое место.

Целлюлоза медико-биологическое значение:
  • Целлюлоза являет собой основной компонент, который составляет структуру стенок клеток растительного происхождения.
  • У растений она выполняет защитную функцию.
  • Компонент является основой молекулярных сложных структур.
  • Обеспечивают живые организмы необходимой энергией для существования.
  • Питают клетки организмов питательными веществами, так как они концентрируются в тканях и в нужный момент подпитывают клетку.
  • Целлюлоза принимает активное участие в процессе регулирования осмотического давления.
  • Она входит в состав воспринимающих частей рецепторов всех клеток.

Биологическое значение целлюлозы:

  • Клетчатка является главной структурной частью клеточной оболочки у растений. Целлюлоза растений – это главное питание травоядных животных, так как в их организме есть специальный фермент – целлюлаза, отвечающий за расщепление этого компонента. А вот человек в чистом виде не употребляет целлюлозу.
  • Она связывает жидкость в перистальтике кишечника. Также в толстом кишечнике благодаря ей метаболизируются бактерии. Энергия целлюлозы поддерживает его микрофлору и пищевые волокна в нем.
  • Клетчатка является профилактикой геморроя и запора.
  • Когда человек, болеющий на сахарный диабет первого типа,  употребляет целлюлозу в достаточном количестве, то его организм становится намного устойчивее к глюкозе.
  • Данный элемент выполняет роль «щетки», убирая грязные налипания со стенок кишечника – он удаляет токсичные вещества и холестерин.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, какова биологическая функция целлюлозы в клетке организмов.

Целлюлоза структура и функция - Справочник химика 21

    Молекулярная биология изучает биологические структуры и их функции на молекулярном и атомном уровне. Как научное направление молекулярная биология начала развиваться в период 1930—1940 гг., когда были достигнуты успехи в понимании тонкой структуры и свойств небольших молекул благодаря применению спектральных и магнитных методов, в первую очередь дифракции рентгеновских лучей на кристаллах (рентгеноструктурный анализ) и дифракции электронов молекулами газа этим успехам способствовал и прогресс в теории, связанный с появлением квантовой механики. Первые рентгенограммы фибриллярных белков и целлюлозы были получены в 1918 г., кристаллов глобулярных белков —в 1934 г. но только много лет спустя удалось полностью расшифровать строение белковых молекул. [c.428]
    Хитин является важнейшей структурой в животном мире подобно целлюлозе в растительном мире. Оба полимера выполняют однородные функции - функции опоры и защиты. Особенно широко хитин распространен в типе членистоногих. Скелет и наружный покров крабов, раков, креветок и других членистоногих в основном состоят из хитина. Хитин найден и в кутикуле насекомых. Данные о количественном содержании хитина в панцирях промысловых объектов [10] приведены в табл. 5.46. 
[c.170]

    Псевдопластичные жидкости (рис. 6-27, кривая 5) получили наибольшее распространение в рассматриваемой группе неньютоновских жидкостей. К ним относятся растворы полимеров, целлюлозы и суспензии с асимметричной структурой частиц, и т. п. Псевдопластичные жидкости, как и ньютоновские, начинают течь при самых малых значениях х . Для этих жидкостей зависимость напряжения сдвига от скорости деформации может быть представлена степенной функцией [c.145]

    Пиримидиновые и пуриновые основания являются элементарными кирпичиками, из которых строятся важнейшие после белков и целлюлозы биополимеры — нуклеиновые кислоты, те живые печатные станки (матрицы), на которых формируются белки в живой клетке, точно повторяющие аминокислотную последовательность белка кавдого живого индивида (подробнее о биологической роли нуклеиновых кислот, их структуре и функциях будет сказано в последнем разделе)  

[c.707]

    Полисахариды выполняют две основные функции. Крахмал, существующий в двух формах — амилозы и амилопектина, и гликоген являются источниками моно- и дисахаридов. Целлюлоза (в растениях), хитин (у членистоногих) служат веществами, образующими скелет, опорные, защитные структуры. [c.91]

    Целлюлоза — главный компонент древесины как хвойных, так и лиственных пород, занимающий примерно ее половину. Целлюлоза представляет собой линейный полимер с высокой молекулярной массой, построенный исключительно из остатков, Р-О-глюкозы. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, а также надмолекулярной структуре она выполняет функцию основного структурного компонента клеточных стенок растений. [c.18]

    Важной особенностью процесса ферментативной деструкции целлюлозы и других полисахаридов является то, что он осуществляется на поверхности нерастворимого субстрата, причем реакционная способность субстрата является функцией ряда его физикохимических и структурных свойств, и, как правило, убывает в ходе деструкции Специфика в данном случае заключается в том, что субстрат имеет упорядоченную (кристаллическую) структуру, во многих случаях содержит в своем составе сопутствующие вещества (в первую очередь лигнин), которые служат физическим барьером, затрудняющим доступ ферментов к глюкозидным связям Важную роль играют размеры поверхности, доступной молекулам ферментов, а также адсорбционные и диффузионные процессы, предшествующие и сопровождающие гидролитическое превращение нерастворимых субстратов 

[c. 5]

    В живой материи широко представлены различные регулярные полимеры. Например, чрезвычайно широко распространенная в растительном мире целлюлоза является полисахаридом, состоящим из повторяющихся молекул / -1)-глюкозы. Однако такие молекулы не могут образовать даже самые простейшие формы жизни. Последние характеризуются значительно высоким уровнем организации и, следовательно, требуют значительно более сложны.х и специализированных соединений. Таковыми являются белки и нуклеиновые кислоты — сложные полимерные молекулы, обязательные компоненты живых организмов. Структура и функции этих соединений будут детально описаны в последующих главах этой книги. Задача данной главы — показать основные принципы организации биополимеров, продемонстрировать, как эти принципы позволяют выполнять основополагающие функции живых организмов передавать из поколения в поколение 

[c.13]

    Целлюлоза — основной строительный материал растений. Выполняет в растениях опорные функции, придает им механическую прочность. По распространенности органических веществ на земном щаре целлюлоза занимает первое место. Она представляет собой высокомолекулярное соединение регулярной линейной структуры, построенное из остатков Д-глюкозы  [c.23]

    Для растворов полярных полимеров, например ацетата целлюлозы той же концентрации, график зависимости 1 Т1 = / криволинеен (кривая 2, рис. 13.12). В этом случае АЯв рассчитывают из наклона касательных, проведенных к каждой точке кривой. Величины АНв и Д5в являются функцией температуры (кривые 2, рис. 13.13,а и б). При более низких температурах АЯв и А5в достигают значений 188,5—290,5 кДж/моль, что свидетельствует об упорядоченной прочной структуре раствора, которая при нагревании разрушается, что сопровождается резким уменьшением АЯв и А5в. При этом наблюдается эффект компенсации АЯв и А5в, обнаруженный Хиншельвудом для химических реакций [38]. Поэтому свободная энергия активации становится относительно небольшой величиной и не зависит от температуры (рис.

13.13, е). [c.389]

    Удельные показатели народнохозяйственного ущерба в функции уменьшаются и по своей структуре также определяются главным образом недовыработкой продукции. Абсолютная величина технологической брони для различных целлюлозных заводов будет различна и зависит от способов производства целлюлозы и масштабов производства. [c.222]

    Наличие в древесине и в выделяемом из нее целлюлозном волокне различных клеток, выполняющих в процессе роста дерева различные биологические и структурные функции, неизбежно сказывается на реакционной способности препаратов и их устойчивости к действию различных реагентов. Это различие в свойствах волокон целлюлозы, обусловливаемое их различной морфологической структурой, выявляется для древесной целлюлозы еще более отчетливо, чем для хлопкового волокна различной зрелости. [c.116]

    По мнению авторов, на начальной стадии происходит пиролиз в аморфных областях, а кристаллические фракции служат сдерживающим каркасом, или матрицей. Дополнительным подтверждением подобной схемы служит упорядочение структуры, сохранение больших периодов и доля кристаллической фракции на начальных стадиях пиролиза. На второй стадии (выше 320 10) разрушается кристаллическая фракция, и функции каркаса начинает выполнять частично пиролизованная аморфная фракция. Снижение интенсивности рефлексов МУР является следствием разрушения кристаллической фракции. Действительно, согласно данным многих авторов, кристаллическая структура целлюлозы исчезает при 280—300 °С. [c.279]

    По данным автора, хлорпарафины совмещаются с триацетатом целлюлозы в количестве до 50%, но не оказывают никакого пластифицирующего действия. При нагревании и облучении пленки становятся хрупкими. При выдерживании таких материалов в воде, особенно при высокой температуре, хлорпарафин вытесняется. Это свидетельствует о том, что хлорпарафин, внедренный в структуру триацетата целлюлозы, очень слабо с ней связан и, скорее, выполняет функции наполнителя.

[c.545]

    Третью группу биологических макромолекул, состоящих из простых фрагментов, образуют олиго- и полисахариды. Они состоят из простых мо-носахаридных фрагментов, связанных между собой. Функции полисахаридов весьма разнообразны. Они играют роль резервных веществ, например крахмал, и структурных элементов, например целлюлоза. Важную функцию распознавания клеток, а также роль рецепторов выполняют поверхностные элементы олигосахариды и малые полисахариды, связанные с липидами, свойства которых определяет их первичная структура. [c.153]

    В СВЯЗИ С большим практическим значением уксуснокислых эфиров целлюлозы было проведено колоссальное число работ, посвященных разработке оптимальных условий ацетилирования целлюлозы. Результаты этих работ сводятся к тому, что реакционная способность целлюлозы является функцией доступности гидроксильных групп в условиях этерификации. Эти вопросы подробно были рассмотрены Хойзером [130] и Хэппи [105]. При ацетилировании целлюлозы основной фактор, опре-деляюп1,ий реакционную способность,— влажность материала. Вода пе участвует в процессе ацетилирования, более того, ее присутствие является нежелательным, и условия этерификации выбираются такими, чтобы удалять ее из реакционной системы по мере ее образования. Влага влияет на морфологию целлюлозного материала (как на тонкую структуру, так и на макроструктуру), способствуя увеличению доступности гидроксильных групп для молекул реагентов. Вода не оказывает влияния на кристаллические участки, в то время как при действии других реагентов, например этиламина, изменяются как аморфные, так и кристаллические области целлюлозы. Как указывалось выше, межмолеку-лярные водородные связи между гидроксильными группами соединяют макромолекулы в элементы тонкой структуры. Вода, этиламин, алифатические диамины и другие соединения (вещества, вызывающие набухание) обладают энергией, необходимой для разрыва водородных связей, но недостаточной, однако, для перевода макромолекул целлюлозы в раствор.

При действии этих веществ происходит перестройка межмолеку-лярных связей. Дальнейшие изменения зависят от суммарной энергии водородных связей и от последующих обработок материала. [c.53]

    Итак, главные источники структурного и функционального многообразия моносахаридов лежат в различном наборе функциональных групп (карбонильные, гидроксильные, карбоксильные, аминогруппы и т. д.) и в не меньшей степени в различиях стереохимии. Последнее надо особо подчеркнуть. В обычном курсе органической химии рассматривают свойства и различия отдельных классов соединений, основанные в первую очередь на различиях бут-леровских структур, и отдельно в виде некоего несколько экзотического приложения — вопросы стереохимии. В химии сахаров такого разделения не может быть. В принципе вся эта область есть органическая стереохимия par ex ellen e , и все многообразие свойств углеводов проистекает прежде всего из их стереохимических различий. Так, например, кардинальные различия свойств и биологической функции целлюлозы и одного из двух компонентов крахмала — амилозы — обусловлены различием кон фигурации лишь одного асимметрического центра элемен тарного звена этих стереоизомерных полисахаридов. [c.10]

    В других гелеобразующих полисахаридных системах могут быть иные (и весьма разнообразные) механизмы связывания макромолекул в узлах сетки однако характер требований к ковалентной структуре, соблюдение которых обеспечивает выполнение обусловленных гелеобразова-нием функций, оказывается сходным. Так, например, в гелях альгинатов, т. е. солей альгиновой кислоты, построенной из 1—>4-связанных остатков р-В-маннуроно-вой (23) и а-Ь-гулуроновой (24) кислот, узлы образованы кристаллитами — правильным образом упакованными участками разных молекул с регулярной структурой, подобными по упаковке кристаллическим участкам элементарных фибрилл целлюлозы. Как мы уже говорили, цепи альгиновых кислот построены по блочному принципу в них чередуются сегменты регулярной структуры из остатков одного типа с сегментами, в которых остатки обоих типов распределены более или менее случайно. Регулярные участки, подобно целлюлозе, имеют стержнеобразную конформацию и потому способны ассоциировать в кристаллиты, а для нерегулярных участков правильная упаковка невозможна, и они образуют в сетке промежутки между узлами. [c.170]

    Прививку полимера к пов-сти наполнителя можно осуществить разл. способами. Эффективность прививки определяют после длит, обработки продукта р-рителем по доле нерастворимого полимера, связанного с наполнителем. Наиб, изучена радикальная прививка. Так, привитые полимеры образуются при измельчении минер, наполнителей в присут. жидких или газообразных мономеров, напр, стирола, метилметакрилата (кол-во привитого полимера обычно 1-2% по массе), а также при радиац. обработке смеси наполнителя (напр., целлюлозы) с мономером (образуется также нек-рое кол-во гомополимера). Прививкой к пов-сти наполнителя в-в (в т. ч. инициаторов), содержащих функц. группы, осуществляют фиксацию на частицах наполнителя активных центров, используемых в дальнейшем для получения наполненных полимеров заданного состава. Подобным способом получены наполненные материалы на основе, напр., полистирола, поливинилхлорида, политетрафторэтилена. В случае прививки к минер, наполнителям полиолефинов используют способность катализатора Циглера-Натты, а также катализатора на основе Сг или Zr взаимодействовать с группами ОН, имеющимися на пов-сти таких наполнителей. Сначала наполнитель подвергают термообработке с целью удаления нежелат. примесей, затем обрабатывают катализатором, после чего проводят жидко-или газофазную полимеризацию олефинов. Полученные в этом процессе наполненные материалы обладают необычным комплексом св-в. Напр., высокомол. полиэтилен, содержащий 50-60% по массе минер, наполнителя, обладает высокими износостойкостью и ударной вязкостью, к-рые невозможно достигнуть при мех. смешении полимера с наполнителем фафито- и саженаполненный полипропилен имеет необычно высокую электропроводность. Методом П. на н. можно получить структуры, в к-рых частицы наполнителя окружены равномерными слоями полимеров и сополимеров разл. типа. Особенно перспективен этот метод для получения сверхвысоконаполненных материалов с равномерным распределением наполнителя в матрице полимера. [c.638]

    Полимеры сахаров присутствуют во всех клетках и выполняют множество функций. Так, целлюлоза придает прочность зеленым растениям, хитин обусловливает прочность скелета членистоногих. Гиалуроно-вые кислоты и другие мукополисахариды образуют защитную прослойку между животными клетками, а пектины и родственные полисахариды играют аналогичную роль в растениях. Клеточные поверхности обычно покрыты слоем полисахаридов самой разной структуры. Различия в структуре полисахаридов, составляющих этот наружный слой, весьма важны, поскольку обусловливают иммунологическую индивидуальность организмов. Крахмал, гликоген и другие запасные полисахариды представляют собой легко мобилизуемые пищевые ресурсы клеток [35 а]. [c.114]

    Распределение высокомолекулярных компонентов в клеточной стенке. Все слои клеточной стенки содержат целлюлозу, имеющую упорядочную надмолекулярную структуру, а также аморфные гемицеллюлозы и лигнин. Последние выполняют функцию связующего между микрофибриллами и элементарными фибриллами целлюлозы, причем в различных слоях клеточной стеки их содержание не одинаково. [c.281]

    Прежде всего была осознана исключительная роль биополимеров в жизненных процессах, что, естественно, поставило перед химией углево дов — важнейших компонентов живой ткани — новые задачи. Изучение структуры и ее связи с биологической функцией в ряду углеводов вызвалс к жизни новые представления и заложило основу новых направлений Одновре-менно бурное развитие промышленности полимеров и их исполь зование в технике и повседневной жизни было непосредственно связанс с широким изучением практически важных природных полимеров и, преж де всего, с развитием химии и технологии целлюлозы, ее спутников и про дуктов ее переработки. Это открыло широкую дорогу и лeдoвaния по химии полисахаридов и потребовало развития многих новых обла стей химии сахаров.[c.7]

    Полифункциональность моносахаридных единиц обусловливает большой набор возможных типов связи между мономерными остатками, что приводит к разнообразию в предпочтительных конформациях полисахаридной цепи и, следовательно, к различиям в физических свойствах и биологических функциях полисахаридов. Разнообразие типов связи может возникать не только из-за участия разных гидроксильных групп остатков моносахарида в образовании гликозидной связи, но и из-за различной конфигурации гликозидного гидроксила. Так, целлюлоза (Р-1,4-глюкан) и амилоза (а-1,4-глюкан) существенно отличаются по конформации молекул.и физическим свойствам. Для целлюлозы характерна способность образовывать длинные вытянутые нити, а молекула амилозы существует в растворе в виде свернутого клубка и легко дает комплексы, в которых полисахаридная цепь образует спиральную вторичную структуру. Это, несомненно, обусловливает различие в биологических функциях целлюлозы и амилозы. [c.607]

    Опорные полисахариды. Наиболее распространенным полисахаридом этой группы является целлюлоза. Линейное построение молекулы и Р-1,4 связи обусловливают возможность образования длинных нитей, соединенных между собой водородными связями, что и приводит к требуемым физическим свойствам. К этому же хемотипу относятся и другие полисахариды клеточных стенок — ксиланы, глюкоманнаны, альгиновая кислота. Аналогичная структура определяет опорные функции хитина. Жесткая цепь остатков N-ацетилглюкозамина определяет и механические свойст- [c.608]

    Полисахариды — высокомолекулярные вещества, состоящие из повторяющихся структурных единиц. Отличаются друг от друга структурой моноса-харидных звеньев, молекулярной массой, а также гликозидных связей. Благодаря наличию большого числа полярных групп, полисахариды после набухания растворяются в воде и образуют коллоидные растворы. Они присутствуют почти во всех клетках и выполняют многообразные функции. Велика их роль в образовании биологических структур. Так, хитин образует панцири членистоногих, целлюлоза является основной структурой зеленых растений, мукополисахариды — важнейшие компоненты соединительной ткани. Гликоген в животных, а крахмал в растительных организмах являются важнейшими резервными полисахаридами. Их делят на гомо- и гетерополисахариды. Примером гомополисахаридов может служить крахмал, состоящий из остатков только одного типа (глюкозы), а примером гетерополисахаридов — гиалуроновая кислота, которая состоит из остатков глюкуроновой кислоты, чередующихся с -ацетилглюкозамином. [c.9]

    Как видно из формулы, интенсивность и положение соответствующего максимума на кривой интенсивности рассеяния определяются двумя факторами атомными номерами рассеивающих атомов и тригонометрической функцией от межатомных расстояний. Множитель sin К8гц1К8гц — периодическая функция с амплитудой максимумов, убывающей по мере увеличения расстояний Гц или S. Таким образом, в случае больших расстояний эта функция меньше сказывается па общей интенсивности рассеяния и величина и положение максимума интенсивности для группы больших расстояний довольно мало чувствительны к изменениям в больших расстояниях. Благодаря этому факту становится понятным, почему, несмотря на то, что изме-непия молекулярной структуры, происходящие при этерификации целлюлозы, должны сказаться в первую очередь на изменении положения первого максимума (dj), соответствующего группе больших расстояний, мы все же и на теоретической и на экспериментальной кривых рассеяния триацетилцеллюлозы не получили заметного смещения первого максимума. [c.48]

    Целлюлоза, главный внеклеточный структурный полимер большинства растений (разд. 11.9), также образуется в растениях из D-глюкозы. Непосредственным предшественником глюкозных мономерных звеньев целлюлозы, связанных в полимерной цепи Р(1->4)-свя-зями, служат в зависимости от вщ1а растения ADP-глюкоза, DP-глюкоза или GDP-глюкоза. Эти нуклеозцддифос-фаты глюкозы сходны по своей структуре и функции с UDP-глюкозой (разд. 20.13), являющейся предшественником гликогена в животных тканях. Здесь, следовательно, перед нами еще один пример, свидетельствующий о той роли, которую играют различные нуклеотиды, направляя промежуточные продукты метаболизма На определенные биосинтетические пути (разд. 14.18). [c.707]

    Для лучшего уяснеш я процессов переработки древесины, описываемых Е следуюЕ111х разделах, вкратце познакомимся со структурой древесной ткани в древесном стволе и тонкой структурой целлюлозы и лигнина. По структуре древесины можно судить о выполняемых ею функциях  [c.307]

    Л. пока не нашел еще широкого применения. В силу особенностей строения Л. непригоден для получепия нитей и пленок. Без существенных химич. изменений его нельзя применять в качестве пластиков и клеев. Отходы гидролизной нром-сти (гидролизный Л.) и бумажной пром-сти (лигносульфоновые к-ты) являются сильно измененными, трудно используемыми формами Л. Более интересным с точки зрения использования является Л. сульфатных щелоков, однако этот Л. нельзя считать отходом, т. к. он участвует в цикле регенерации щелочи в сульфат-целлюлоз-ном произ-ве. Попытки найти рациональные способы применения громадных отходов Л. нока еще не достигли существенных успехов. Использование гидролизного Л. является большой народнохозяйственной задачей. Гидролизный Л. может быть использован в строительном деле (получение прессованных досок и плит, термоизоляционных плит, где он служит наполнителем вместе с другими дешевыми отходами). Л., особенно полученный осаждением к-той из черных сульфатных щелоков, может применяться в качестве активного усилителя каучуков взамен газовой сажи в резиновой нром-сти. Гидролизный Л. для этой цели следует нредварительно активировать, напр, нагреванием со щелочью в автоклаве. Являясь полимером с трехмерной структурой макромолекул и обладая фенольными функциями, Л. может быть использован в произ-ве пластмасс как наполнитель при получении прессизделий, а также в качестве компонента термореактивных смол, в к-рых он частично может заменить [c. 481]

    Межмолекулярные водородные связи в случае отсутствия резонансных структур приводят к появлению широких полос поглощения в интервале 3450—3200 см . Интенсивность этих полос обычно значительно выше интенсивности полос колебаний несвязанной группы ОН, а их большая ширина объясняется, по-видимому, тем, что спирт образует различные полимерные формы с водородными связями различной прочности, так что наблюдаемая широкая полоса составляется из ряда более узких полос. Разное положение этих полос в пределах указанного интервала обусловлено только неодинаковой прочностью связей и является функцией физического состояния образца, его концентрации и природы растворителя, если вещество находится в растворе, температуры [106], а также типа образующейся связи. Однако сравнение различных типов спиртов при сходных условиях показывает, что у димеров с одним мостиком, у которых из-за пространственных затруднений не могут образоваться полимерные формы, возникают лишь слабые водородные связи [29, 35, 36, так что они поглощают обычно вблизи 3500 см нормальные же спирты, у которых образуется очень мало димеров [19], поглощают в интервале 3400—3200 см . Кун [74 установил, что ди-меризованные спирты поглощают в интервале 3525— 3472 см , а полимеризованные — в интервале 3341— 3338 см . Марринеи и Манн [107, 108] сообщают, что полимерные ассоциаты в целлюлозе поглощают в интервале 3347—3324 см , а димеры с простыми мостиками — при 3404 см . Они разработали изящный метод определения относительного содержания кристаллического и аморфного вещества в целлюлозе, основанный на различиях скорости дейтерообмена в группах ОН. От природы группы R в соединении R — ОН заметно зависит интенсивность полосы поглощения соответствующие данные могут иногда использоваться для выяснения структуры молекулы. Надо отметить, что количественный анализ смесей на основе поглощения связанной группы ОН осуществить гораздо труднее. [c.142]

    Для исследования надмолекулярной структуры высокомолекулярных соединений применяется также электронный микроскоп. Для препаратов природной целлюлозы, фибриллярных белков и коллагена можно по соответствующим снимкам этих препаратов или препаратов, напыленных металлом, сделать вывод о расположении молекул в более крупных образованиях. Электронно-микроскопические исследования дают ценные результаты и при изучении вирусов так, можно было установить, что вирус табачной мозаики в жизнеспособном состоянии состоит не из одной молекулы, а при изменении pH распадается на большое число маленьких однотипных частиц. Распад является обратимым, хотя при этом процессе происходит потеря вирусом функций жизнедеятельности и способности к размножению. Электронный микроскоп является прибором для определения размеров частиц, лежащих между молекулярными и оптически определимыми. Однако отдельные нитевидные молекулы не могут быть наблюдаемы в электронном микроскопе, так как их поперечный размер слишком мал. Однако Хуземан и Руске удалось наблюдать отдельные шарообразные макромолекулы п-йодбензоил-гликогена эти макромолекулы были предварительно охарактеризованы другими методами. [c.198]

    Гидрофильные кутин и целлюлоза, являющиеся составными элементами эпидермиса и кутикулы, связаны с той частью растения, которую принято называть апопластом [54]. Под апопла-стом физиологи понимают непрерывную, мертвую, водопроводящую гидрофильную фазу, в которую как бы погружен живой протопласт. Посредством плазмодесм протопласт всех живых клеток растения связан в единый симпласт. Последний отделен от апопласта плазмалеммой. Концепция симпласта предполагает общую связь всех клеток растения с помощью плазмодесм в единую протоплазматическую сеть, по которой передвигаются эндогенные метаболиты или близкие им по структуре и функциям ксенобиотические вещества [51]. Протопласт надземной части растений посредством плазмодесм флоэмы связан с протопластом корневой системы. [c.199]

    Если в зрелом хлопковом волокне до очистки содержится 93—95% целлюлозы, то ее содержание в древесине не превышает 45—50%. Наличие большого количества других компонентов, в первую очередь лигнина (20—30% от веса древесины), значительно усложняет выделение целлюлозы из древесины. Морфологическая структура древесины сложнее, чем структура хлопкового волокна. Древесина представляет собой сочетание растительных клеток разнообразной формы, которая зависит от функций, выполняемых клетками в живом дереве. Снаружи ствол дерева покрыт мертвой пробковой тканью — корой. Под корой находится важнейшая часть ствола, обеспечивающая его рост, — состоящая из живых клеток ткань (камбий и прикам-бнальные слои клеток), в которых образуются новые клетки древесины. Часть этих клеток откладывается по направлению к центру ствола. В противоположном направлении откладываются клетки, из которых образуется луб, соприкасающийся с опробковевшимн клетками коры. Древесина имеет концентрические кольца роста — годичные кольца. Она состоит из волокон— удлиненных клеток (так называемых прозенхимных), имеющих утолщенную клеточную стенку. В древесине хвойных пород эти клетки называются трахеидами. В растущей древесине имеются и живые клетки, содержащие протоплазму и не похожие по форме на волокно (паренхимные клетки). Часть паренхимных клеток образует радиально расположенные сердцевинные лучи ствола. В стволе имеются также группы клеток, заполненных смолой, так называемые смоляные ходы. Следовательно, в стволах хвойных деревьев можно различать следующие виды клеток  [c.131]

    С хроматографией на бумаге связано большое число разнообразных теоретических вопросов. В основном этп вопросы можно резделить на две группы. К одной группе относятся вопросы, связанные с образованием и изменениями концентращюнного раснределения веществ в бумаге при хроматографическом нроцессе. Вторая группа включает вопросы, связанные с сущностью функций разделения и влиянием структуры веществ (разделяемых веществ, растворителей, иногда и носителей, нанример-целлюлозы) на эту функцию. Инымп словами, к этой группе относятся вопросы, связанные с выяснением влияния строения на хроматографическое поведение веществ. В соответствии со сказанным будет разделена и настоящая глава. [c.44]


Роль целлюлозы в пищеварении

Целлюлоза ферментами человека не переваривается. Но в толстом кишечнике под действием микрофлорыдо 75% ее количества гидролизуется с образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Частично глюкоза может всасываться в кровь.

Основная роль целлюлозы для человека:

  • стимулирование перистальтики кишечника,

  • формирование каловых масс,

  • стимуляция желчеотделения,

  • абсорбция холестерола и других веществ, что препятствует их всасыванию.

У детей свои причуды Особенности переваривания углеводов у детей

У детей первого года жизни из-за недостаточной кислотности желудка слюнная α-амилаза способна попадать в тонкую кишку и участвовать в пищеварении. Поэтому, несмотря на то, что активность α-амилазы поджелудочной железы у новорожденных довольно низкая, младенцы удовлетворительно способны переваривать полисахариды, в том числе и молочных смесей. К концу первого года жизни активность панкреатической α-амилазы возрастает в 25 раз, к периоду половой зрелости – в 50 раз.

Интересной особенностью переваривания углеводов у младенцев является разная скорость гидролиза α-лактозы и β-лактозы.

β-Лактоза, присутствующая в женском молоке, не полностью гидролизуется в тонкой кишке и достигает нижних отделов тонкого кишечника и толстой кишки. Это определяет, в числе других достоинств грудного вскармливания, появление оптимальной кишечной микрофлоры.

В коровьем молоке из-за избытка фосфатов преобладает α-лактоза, которая быстро расщепляется уже в верхних отделах тонкого кишечника, быстрее всасывается и приводит после еды к более высокойгипергликемии. Поэтому "искусственники" более склонны к ожирению, чем младенцы со здоровым грудным питанием.

С усвоением лактозы и сахарозы бывают проблемы

Существуют две наиболее встречающиеся формы нарушения переваривания дисахаридов в кишечнике – дефект лактазы (β-гликозидазного комплекса) и сахаразы (сахаразо-изомальтазного комплекса), которые называются как интолерантность к лактозе и сахарозе или непереносимость лактозы и сахарозы.

Непереносимость лактозы и сахарозы

Приобретенная недостаточность

Приобретенные формы недостаточности переваривания углеводов возникают в результате заболеваний стенок ЖКТ: энтериты, колиты, когда нарушается образование ферментов и их размещение на щеточной каемке энтероцитов. К тому же ухудшается всасывание моносахаров.

Наследственная недостаточность

При наследственной (первичной) патологии лактазы симптомы проявляются после первых кормлений. Патология сахаразы обнаруживается позднее, при введении в рацион сладкого.

Недостаточность лактазы может проявляться не только у младенцев, но и в подростковом и взрослом возрасте, что является физиологическим возрастным изменением. Такая недостаточность широко распространена среди монголоидов и негроидов.

Патогенез

Отсутствие гидролиза соответствующих дисахаридов приводит к осмотическому эффекту и задержке воды в просвете кишечника.

Кроме этого, сахара активно потребляются микрофлорой толстого кишечника и метаболизируют с образованием органических кислот (масляная, молочная) и газов. Из-за этого симптомами лактазной или сахаразной недостаточности являются диарея, срыгивания, метеоризм, вспучивание живота, его спазмы и боли, атопический дерматит.

Диагностика

Диагноз ферментативной недостаточности ставится на основании анамнеза, симптомов заболевания и анализа кала.

Дифференциальная диагностика нарушений переваривания и всасывания заключается в контроле уровня глюкозы крови после раздельного приема дисахаридов и эквивалентного количества моносахаридов. Незначительный подъем концентрации глюкозы крови в первом случае указывает на нехватку ферментов, во втором – на нарушение всасывания.    

Основы лечения

Использование препаратов, содержащих соответствующие ферменты, снижение в рационе содержания молока или продуктов с добавлением сахара в зависимости от типа непереносимого углевода.

Подробно о лактазной недостаточности можно посмотреть тут http://www.laktazar.ru

Для переноса моносахаров внутрь клетки требуются особые белки

При использовании углеводов, как впрочем и других веществ, перед организмом стоит две задачи –всасывание в кровь и транспорт в клетки тканей. В любом случае необходимо преодолевать мембрану.

Транспорт моносахаров через мембраны

Всасывание в кишечнике

После переваривания крахмала и гликогена, после расщепления дисахаридов в полости кишечника накапливается глюкоза и другие моносахариды, которые должны попасть в кровь. Для этого им необходимо преодолеть, как минимум, апикальную мембрану энтероцита и его базальную мембрану.

Всасывание моносахаридов из просвета кишечника происходит по механизму вторичного активного транспорта. Это значит, что затрата энергии при переносе сахаров происходит, но тратится она не непосредственно на транспорт молекулы, а на создание градиента концентрации другого вещества.

В случае моносахаридов таким веществом является натрий. Фермент Na++-АТФаза постоянно, в обмен на калий, выкачивает ионы натрия из клетки, именно этот транспорт требует затрат энергии. В просвете кишечника содержание натрия относительно высоко и он связывается со специфическим мембранным белком, имеющим два центра связывания: один для натрия, другой для сахара. Примечательно то, что сахар связывается с белком только после того, как с ним свяжется натрий. Белок-транспортер свободно мигрирует в толще мембраны. При контакте белка с цитоплазмой натрий быстро отделяется от него по градиенту концентрации и сразу отделяется сахар. Результатом является накопление сахара в клетке, а ионы натрия выкачиваются Na++-АТФазой.

Выход глюкозы из клетки в межклеточное пространство и далее кровь происходит благодаря простой и облегченной диффузии.

Цены и новости на рынке леса и пиломатериалов

Новости и события

В Департаменте лесного хозяйства по Сибирскому федеральному округу состоялось совещание с органами исполнительной власти в области лесных отношений Кемеровской области-Кузбасса, Новосибирской и О...

В преддверии начала пожароопасного сезона в Ярославской области активизирована работа в рамках информационной кампании «Останови огонь!». Сотрудники лесничеств проводят профилактические беседы с ...

В Ярославской области, в рамках международной акции «Сад памяти», запланирована высадка порядка 260 тысяч деревьев на площади 104 га. Среди используемых пород ‒ сосны, ели, яблони, клены, рябины ...

Председатель комитета по природным ресурсам Ленинградской области Павел Немчинов принял участие в совещании с главами администраций муниципальных образований, в ходе которого проинформировал о по...

14 апреля в Алтайском крае стартовала Международная акция «Сад памяти». Высадки прошли на территории Ключевского лесничества.

«Я благодарен всем участникам акции, которые оставили сегодня...

13 апреля в Челябинской области зарегистрирован первый лесной пожар. Обнаружен и потушен огонь в первые сутки. Пожар прошел 2 гектара непокрытой лесом площади. Возгорание случилось по вине местны...

Информация

Совещание в Сибирском федеральном округе по результатам инвентаризации лесов и готовность к весеннему лесовосстановительному сезону
В Ярославской области активизирована работа в рамках информационной кампании «Останови огонь!»
В Ярославской области, в рамках акции «Сад памяти», запланирована высадка 260 тысяч деревьев

Совещание в Сибирском федеральном округе по результатам инвентаризации лесов и готовность к весеннему лесовосстановительному сезону
В Ярославской области активизирована работа в рамках информационной кампании «Останови огонь!»
В Ярославской области, в рамках акции «Сад памяти», запланирована высадка 260 тысяч деревьев

Каталог организаций и предприятий

ООО «Рамэко» - производит и реализует на мировом рынке высококачественное, экологически чистое целлюлозное волокно торговой марки «ECOLLOSE»®. Произведенное методом сухого роспуска вторичного сырья -...

Федеральная таможенная служба - федеральный орган исполнительной власти, осуществляющий в соответствии с законодательством Российской Федерации функции по контролю и надзору в области таможенного дела...

ООО «БАМ-ЭКО» предлагает к поставке кормовую добавку ЭКОСОРБ. ЭКОСОРБ - Многокомпонентная и высокоэффективная кормовая добавка для адсорбции микотоксинов, стимулирует обменные процессы организма и по...

Основные функции компании заключаются в содействии предприятиям машиностроения, металлургической, химической и нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов и другим промышлен...

Федеральная служба государственной статистики (Росстат, ранее Госкомстат) является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по формированию официальной статистической информац...

Входит в состав Группы компаний "Русагро". Выполняет функции склада для соевого шрота, производимого одним из предприятий ГК - ООО "Приморская соя". Поставщиком соевого шрота со склада ООО "Колышлейс...

Предложения на покупку и продажу продукции

Пиломатериал на прямую от производителя в Кемерово по действующим ценам. Брус, брусок, плаха, доска, тес обрезной, не образной, штакетник. Сосна, ель, пихта, лиственница, кедр. Свежераспиленный, строг...

Компания ООО «Брянские леса» производит и продает новые, деревянные, пропитанные шпалы тип 1 и 2, также брус для стрелочных переводов, полушпалы пропитанные для подкрановых путей, флюгарочный, мостово...

В том числе: Якунин - Подготовка круглых пил к работе Якунин - Круглые пилы и их эксплуатация Стахиев - Работоспособность плоских круглых пил Кучеров – Почему горят круглые пилы Глебов - Пиление д...

Универсальный контроллер INDU-30R используется в сушильных камерах, климатических камерах (климаткамеры), системах контроля температуры и влажности. Технические данные контроллера INDU-30R: - 2 анал. ..

Станок заточной для фугования и заточки по передней и задней граням пильных дисков диам. до 1200 мм для круглопильных станков ЦДС, Кара, СПР (Молома), Лаймет и пр. Может устанавливаться как в к...

Предназначены для деревенских туалетов, биотуалетов, септиков и колец Разлагая содержимое туалета, образуют почвоулучшающую добавку и полностью устраняют запах Обеззараживают Прочищают трубы, ёмкос...

ГОСТы, ТУ, стандарты

Аннотация (область применения) - Настоящий стандарт распространяется на беленую сульфитную целлюлозу из хвойной древесины, предназначенную для производства различных видов бумаги и картона, изготовляемых для нужд народного хозяйства и экспорта.

Целлюлоза электроизоляционная сульфатная для конденсаторной, кабельной и трансформаторной бумаги. Технические условия. Обозначение - ГОСТ 5186-88.

Аннотация (область применения) - Настоящий стандарт распространяется на сульфитную вискозную целлюлозу, предназначенную для производства вискозной текстильной нити, вискозных волокон и гидрат целлюлозной пленки.

Аннотация (область применения) - Настоящий стандарт распространяется на небеленую сульфитную целлюлозу из хвойной древесины, применяемую для производства различных видов бумаги и картона. Ключевые слова - небеленая сульфитная целлюлоза;марки...

Аннотация (область применения) - Настоящий стандарт распространяется на целлюлозу и устанавливает метод количественного определения содержания альфа-целлюлозы. Вид стандарта - Стандарты на методы контроля.

Индекс рубрикатора ГРНТИ - 664531;660181. Аннотация (область применения) - Настоящий стандарт распространяется на целлюлозу всех видов и устанавливает метод определения массовой доли смол и жиров.

Углеводная недостаточность

Углеводная недостаточность

Углеводная недостаточность – болезненное состояние, связанное с недостаточным поступлением и усвоением углеводов либо с их интенсивным расходованием.

Так как углеводы играют роль быстрого источника энергии, относительный углеводный дефицит может сопровождать любое физическое перенапряжение и считается вариантом нормы. Уровень углеводов в этом случае быстро восполняется за счет резервов организма без негативных последствий. При длительном дефиците питания, а также при некоторых заболеваниях может развиваться хроническая углеводная недостаточность, последствия которой бывают необратимыми. Наиболее чувствительны к дефициту углеводов клетки нервной и мышечной ткани, которые являются основными потребителями энергии. При нехватке углеводов для восполнения энергии начинают использоваться жиры и даже белок, что может вызывать серьезные изменения в обмене веществ и влиять на работу печени и почек.

Синонимы русские

Дефицит углеводов, гипогликемия.

Синонимы английские

A Carbohydrate Deficiency, Deficiency Of Carbohydrates.

Симптомы

Симптомы углеводной недостаточности во многом зависят от ее длительности и степени выраженности. При кратковременном падении уровня сахара в крови в периоды физического или умственного перенапряжения могут отмечаться легкая слабость и усиленное чувство голода. Длительный дефицит углеводов, сопровождающийся истощением их запаса в печени, может приводить к нарушению ее функций и развитию дистрофии (нарушению питания тканей).

Основные проявления углеводной недостаточности:

  • общая слабость,
  • головокружение,
  • головная боль,
  • голод,
  • тошнота,
  • обильная потливость,
  • дрожь в руках,
  • сонливость.
  • потеря веса.

Кто в группе риска?

  • Население стран с низким уровнем жизни.
  • Те, кто голодает с целью снизить вес или долго придерживается низкокалорийных диет.
  • Пациенты с заболеваниями поджелудочной железы, печени и почек.
  • Инсулинозависимые пациенты.
  • Лица, родственники которых страдают наследственными формами нарушений углеводного обмена.

Общая информация о заболевании

Наряду с жирами и белком углеводы относятся к основным компонентам пищевого рациона. Они удовлетворяют потребность организма в энергии, участвуют в расщеплении жиров и белка.

Многие люди, пытаясь сбросить вес, ошибочно урезают количество углеводов в рационе до минимума, однако полноценная утилизация жиров возможна только при достаточном количестве углеводов.

Основные функции углеводов

  • Энергетическая. При расщеплении углеводов образуется значительное количество энергии, обеспечивающей практически все процессы жизнедеятельности.
  • Питание мозга. Головной мозг является основным потребителем глюкозы.
  • Синтетическая. Углеводы участвуют в образовании многих необходимых организму веществ. Совместно с белками они образуют некоторые ферменты, гормоны, входят в состав слюны и пищеварительных соков.
  • Регуляторная. Углеводы участвуют в процессе расщепления жиров и белка.
  • Пищеварительная. Стимулируют процесс пищеварения, создавая объем пищевого комка.
  • Сорбирующая. Способствуют выведению из организма избытков холестерина и вредных веществ.

Разнообразие выполняемых функций обеспечивается за счет особенностей химического строения углеводов. Принято различать следующие их виды.

  • Простые сахара: глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза. Выполняют функцию источников "быстрой" энергии, главным из которых является глюкоза. Именно она используется клетками в первую очередь и является основой питания мозга. Уровень глюкозы в крови регулируется с помощью инсулина – особого белка (гормона), вырабатываемого поджелудочной железой, – и в норме относительно постоянен. При значительном поступлении углеводов с пищей часть их используется на поддержание уровня глюкозы, а остальные резервируются в печени и мышечной ткани.
  • Сложные сахара: крахмал, гликоген клетчатка и пектины.
    • Крахмал – основной углевод, поступающий с пищей. Содержится в крупах, картофеле, хлебе. В процессе переваривания расщепляется до глюкозы.
    • Гликоген, или "животный крахмал", является формой хранения углеводов в организме. Основная масса гликогена содержится в печени, где и происходит его расщепление до глюкозы при необходимости восстановления ее уровня в крови.
    • Клетчатка (целлюлоза) – практически неперевариваемый углевод, образующий оболочки семян и плодов. Клетчатка практически не участвует в углеводном обмене, но необходима организму для нормального пищеварения: создавая объем пищевого комка, она способствует насыщению и, кроме того, выведению холестерина и вредных веществ.

Таким образом, для обеспечения потребностей организма в первую очередь расходуются простые углеводы (глюкоза), уровень которых восполняется либо за счет поступления с пищей, либо за счет собственных запасов при расщеплении гликогена. Если же собственный углеводный резерв исчерпан, организм начинает использовать имеющийся жир и белки, поэтому длительная нехватка углеводов приводит к серьезным нарушениям обмена и образованию целого ряда вредных веществ, постепенно накапливающихся в крови. К числу таких веществ относятся продукты неполного расщепления жира: кетоновые тела и ацетон. Этот процесс представляет серьезную опасность и даже может привести к коме. Избыточный расход белка вызывает уменьшение мышечной массы, нарушение целого ряда жизненно важных процессов, таких как продукция гормонов, основных белков крови, пищеварительных ферментов, что чревато тяжелыми формами дистрофии, снижением работоспособности и интеллекта.

Главное проявление углеводного дефицита – это гипогликемия – низкий уровень глюкозы в крови.

Основные причины углеводной недостаточности

  • Сахарный диабет – основная причина гипогликемии. Падение уровня глюкозы чаще всего связано с передозировкой инсулина (гормона, регулирующего уровень глюкозы), таблетированных сахароснижающих препаратов или же может явиться следствием нарушений режима питания, стресса или физического перенапряжения у этих пациентов.
  • Физиологическая гипогликемия представляет собой незначительное кратковременное падение сахара в крови у лиц, занимающихся тяжелым физическим трудом, спортсменов в период максимальных нагрузок, а также при стрессовых ситуациях.
  • Алиментарная (пищевая) углеводная недостаточность развивается при длительном голодании, например с целью снизить вес, при избыточном приеме алкоголя. Кроме того, сахар может падать из-за значительного перерыва между приемами пищи. Обычно это проявляется слабостью чувством голода.
  • Инсулинома – опухоль поджелудочной железы, затрагивающая клетки, продуцирующие инсулин. По мере роста опухоли содержание инсулина в крови увеличивается и падения уровня глюкозы могут быть весьма значительными.
  • Злокачественные опухоли могут стать причиной углеводной недостаточности за счет потребления глюкозы опухолевой тканью, а также при развитии синдрома опухолевой интоксикации. При распаде опухоли в кровь попадают чужеродные белки, вызывающие отравление организма. Это может приводить к снижению аппетита и к алиментарной углеводной недостаточности. Кроме того, некоторые опухоли способны производить вещества, воспринимаемые организмом как инсулин.
  • Надпочечниковая недостаточность. Одной из функций гормонов, вырабатываемых надпочечниками (в основном кортизола и адреналина), является регуляция углеводного обмена, в частности образования гликогена и его обратного расщепления до глюкозы. Поэтому недостаточная функция надпочечников, а также регулирующего их работу гипофиза иногда сопровождается гипогликемией.
  • Почечная недостаточность. Приводит к падению уровня глюкозы как из-за снижения аппетита (почечная интоксикация), так и из-за более длительной циркуляции инсулина в крови вследствие нарушенной почечной фильтрации.
  • Заболевания печени – нарушение образования и распада гликогена в клетках печени. Например, гепатиты, цирроз печени, жировая дистрофия.
  • Пищеварительные нарушения углеводного обмена объединяют врождённые и приобретенные состояния, при которых нарушается расщепление и всасывание углеводов в пищеварительном тракте.

а) Приобретенные нарушения чаще всего носят временный характер и устраняются лечением. Наиболее распространенными являются:

  • снижение уровня амилазы (основной фермент пищеварительного сока, ответственный за расщепление углеводов) у пациентов с хроническим панкреатитом и опухолями поджелудочной железы;
  • снижение ферментативной активности кишечного содержимого при острых и хронических кишечных инфекциях, а также после операций на тонкой кишке.

б) Врождённые ферментопатии характеризуются отсутствием или низким уровнем отдельных ферментов, отвечающих за расщепление сложных углеводов. Наиболее известным примером является врождённая недостаточность лактазы – фермента, отвечающего за усвоение молочного сахара. Заболевание выявляется у новорождённых и характеризуется вздутием живота, жидким стулом, потерей веса. В качестве лечения предлагается переход на смеси, не содержащие лактозу.

Диагностика

Углеводная недостаточность может быть заподозрена у пациентов с дефицитом массы тела, а также у лиц, входящих в группу риска: страдающих сахарным диабетом, заболеваниями печени, почек, поджелудочной железы. Для подтверждения диагноза назначаются следующие исследования.

Лабораторные исследования

  • Общий анализ крови относится к числу базовых исследований, позволяющих получить представление об общем состоянии организма. Так как нарушения углеводного обмена не оказывают непосредственного влияния на клеточный состав крови, возможные изменения будут являться следствием основного процесса. Эритроциты и гемоглобин могут быть понижены. Лейкоциты. Изменение числа лейкоцитов для углеводной недостаточности нехарактерно, их количество может уменьшаться на фоне общего истощения.
  • Скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Значительное повышение СОЭ в сочетании с гипогликемией может указывать на наличие опухоли.
  • Глюкоза (сахар крови). Определение уровня глюкозы является базовым исследованием в диагностике углеводной недостаточности. Стабильно низкие показатели глюкозы бывают вызваны врождённым гиперинсулинизмом и опухолями поджелудочной железы. При сахарном диабете и передозировке сахароснижающих препаратов уровень сахара при повторных исследованиях будет повышен.
  • Инсулин в крови. Инсулин является одним из основных регуляторов углеводного обмена, отвечающим за уровень сахара в крови и обеспечивающим накопление гликогена в клетках печени. Повышенный уровень инсулина как причина низкого сахара крови может наблюдаться у пациентов с инсулиномой (злокачественной инсулинпродуцирующей опухолью поджелудочной железы) и с врождённым гиперинсулинизмом, а также при передозировке инсулина у пациентов с сахарным диабетом.
  •  Определение уровня проинсулина в крови может назначаться при подозрении на инсулинпродуцирующую опухоль поджелудочной железы. Проинсулин – белок – предшественник инсулина и в значительном количестве может определяться в крови пациентов с инсулиномой, гипогликемией, почечной и печеночной недостаточностью.
  • С-пептид. Представляет собой фрагмент белка – предшественника инсулина. Количество его пропорционально количеству образующегося инсулина, но так как С-пептид не участвует в обменных процессах, то его определение дает более достоверную информацию об уровне секреции этого гормона поджелудочной железой. Повышенный уровень С-пептида у пациентов после удаления гормонально активных опухолей поджелудочной железы может указывать на рецидив.
  • Глюкозотолерантный тест. Определение уровня глюкозы крови до приема раствора глюкозы и через полчаса, 1 час и через 2 часа после него назначается пациентам при подозрении на нарушенное усвоение углеводов.
  • Белок в сыворотке крови бывает понижен при углеводной недостаточности из-за использования белка в качестве источника энергии.
  • Белковые фракции сыворотки крови. Исследование количественного состава и соотношения различных видов белка в сыворотке крови. Общий белок сыворотки представлен альбуминами и глобулинами, выполняющими в организме различные функции. Основную часть составляет альбумин – основной строительный белок организма. Так как при углеводной недостаточности альбумины начинают использоваться для восполнения энергозатрат, уровень их в плазме может снижаться при сохраненном показателе глобулинов.
  • Мочевина и креатинин в сыворотке крови. Мочевина и креатинин являются веществами, образующимися в процессе распада белков. При выраженной углеводной недостаточности, сопровождающейся разрушением белка, их количество в крови может увеличиваться. Показатель следует оценивать вместе с уровнем мочевины в суточной моче.
  • Мочевина в суточной моче отражает эффективность работы почек. При интенсивном распаде белка и сохраненной почечной функции может существенно повышаться.
  • Лактаза (LCT). Выявление мутации C(-13910)T (регуляторная область гена). Исследование может быть назначено при подозрении на врождённый недостаток лактазы – пищеварительного фермента, обеспечивающего усвоение молочного сахара в желудочно-кишечном тракте. Представляет собой генетический анализ на измененные гены в соскобе щечной области. Положительный тест позволяет отличить врождённый дефицит фермента от приобретенных нарушений усвоения углеводов, как, например, при дисбактериозе.
  • Кортизол. Гормон коры надпочечников, при недостаточной продукции которого уровень глюкозы в крови может снижаться. Исследование назначается при подозрении на надпочечниковую недостаточность как причину гипогликемии.
  • Общий анализ мочи с микроскопией осадка при углеводной недостаточности назначают для определения уровня ацетона в моче. При углеводном дефиците организм начинает использовать запасы жира для восполнения энергозатрат. Так как расщепление жира при этом механизме происходит не полностью, в крови накапливаются промежуточные вещества, в том числе и ацетон, в дальнейшем выделяемый с мочой.
  • Копрограмма – исследование кала, позволяющее выявить возможные нарушения основных этапов переваривания углеводов. Оценивается химический состав каловых масс, его цвет, запах консистенция, наличие отдельных видов микроорганизмов (дисбактериоз). Исследование позволяет оценить работу основных ферментов печени, желудочного и кишечного сока, поджелудочной железы. При углеводной недостаточности, вызванной нарушенным усвоением углеводов, в каловых массах могут определяться зерна крахмала.

Дополнительные (инструментальные) методы исследования

Объем диагностических исследований зависит от предполагаемой причины углеводной недостаточности и должен определяться лечащим врачом.

  • Ультразвуковое исследование печени, почек, надпочечников и поджелудочной железы относится к базовым методикам, позволяющим оценить состояние этих органов. В отличие от рентгенологических методов исследования оно не сопряжено с лучевой нагрузкой и безопасно для пациента. Ультразвук проходит сквозь мягкие ткани до исследуемого органа и, отразившись, возвращается обратно. Полученное изображение передается на монитор. Исследование позволяет оценить размеры указанных органов, структуру тканей, выявить опухолевое поражение или кисту, исключить наличие жидкости в брюшной полости. При необходимости исследование может быть дополнено взятием биопсии под УЗИ-контролем.
  • Эзофагогастродуоденоскопия – непосредственный осмотр пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки с помощью специального зонда, на дистальном конце которого размещена видеокамера. Оценивается проходимость верхних отделов пищеварительного тракта, состояние слизистой оболочки, степень ее воспаления или атрофии. В процессе исследования может быть взят фрагмент ткани на анализ (биопсия). Наряду с ультразвуковым исследованием гастроскопия является обязательной при подозрении на алиментарный характер углеводной недостаточности.
  • Энтероскопия (интестиноскопия). Осмотр тонкой кишки. Исследование по своим возможностям аналогично гастроскопии, но технически более сложно, так как предусматривает осмотр всей тонкой кишки. Оно позволяет оценить состояние слизистой оболочки, исключить эрозивное поражение, а также взять содержимое для исключения инфекционного процесса или определения уровня отдельных ферментов, например амилазы – основного фермента, участвующего в расщеплении углеводов.
  • Эндосонография поджелудочной железы (эндоскопическое УЗИ) представляет собой разновидность ультразвукового исследования поджелудочной железы. Выполняется с помощью специального датчика, размещенного на конце эндоскопа. Считается "золотым стандартом" в диагностике гормонпродуцирующих опухолей, так как с его помощью можно диагностировать образования менее 1 сантиметра, не выявляемые другими методами.
  • Компьютерная томография органов брюшной полости позволяет получить послойные срезы поджелудочной железы и может быть назначена пациентам с подозрением на опухоль этого органа.
  • Рентгенологическое исследование может быть назначено пациентам, перенесшим операцию на тонкой кишке, для оценки ее длины и просвета. Удаление значительной части тонкого кишечника способно явиться причиной тяжелых расстройств пищеварения, в том числе и углеводной недостаточности.

Лечение

Лечение углеводной недостаточности направлено на восстановление уровня углеводов, а в более тяжелых случаях на нормализацию белкового и жирового обмена.

  • Сбалансированное питание, обеспечивающее суточную потребность в углеводах. В рационе должно быть достаточное количество овощей, фруктов, зерновых продуктов (хлеба, круп). Пациенты с углеводной недостаточностью, обусловленной избыточной продукцией инсулина, должны носить с собой содержащие глюкозу таблетки, конфеты или обычный сахар. Такая коррекция режима питания может оказаться единственной необходимой мерой у пациентов с легкими формами гипогликемии. При углеводной недостаточности, обусловленной заболеваниями печени и почек, врождёнными ферментативными нарушениями, диета должна подбираться лечащим врачом с учетом особенностей течения основного заболевания.
  • Медикаментозные средства:
  • Отдельные пищеварительные ферменты или комплексные ферментные препараты могут быть назначены пациентам с приобретенным ферментным дефицитом.
  • Специальные смеси для питания со строго подобранным углеводным составом могут назначаться пациентам с врождённым и приобретенным нарушением усвояемости отдельных углеводов. При углеводной недостаточности, сопровождающейся потерей белка, могут быть рекомендованы соответствующие белково-углеводные смеси.
  • Внутривенное введение глюкозы иногда требуется пациентам с тяжелой степенью гипогликемии, особенно при наличии инсулинпродуцирующей опухоли.
  • Хирургическое лечение бывает необходимо пациентам, у которых углеводная недостаточность обусловлена опухолевым процессом

Профилактика

  • Полноценное питание с включением в рацион достаточного количества углеводной пищи (свежие фрукты и овощи более предпочтительны, бобовые продукты и зерновые).
  • Обязательный врачебный контроль при подборе ограничительной диеты или проведении курсов лечебного голодания.
  • Своевременное выявление и лечение заболеваний, увеличивающих риск нарушений углеводного обмена.

Рекомендуемые анализы

  •          Общий анализ крови
  •          Лейкоцитарная формула
  •          Скорость оседания эритроцитов (СОЭ)
  •          Глюкоза в плазме
  •          Инсулин
  •          Проинсулин
  •          С-пептид в сыворотке
  •          Глюкозотолерантный тест
  •          Кортизол
  •          Лактозная непереносимость у взрослых
  •          Мочевина в суточной моче
  •          Белок общий в сыворотке
  •          Белковые фракции в сыворотке
  •          Общий анализ мочи с микроскопией осадка
  •          Копрограмма

Клетчатка.

Что это, зачем нужна, почему и как есть больше

Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует употреблять 400 грамм (5 порций) овощей и фруктов в день, что содержит 25–30 грамм клетчатки.


Согласно статистике европейцы употребляют только 50–70% дневной нормы клетчатки. Особенно на это влияет преобладание в рационе фастфуда, полуфабрикатов, насыщенных жиров, сахара и животного белка.

В 2019 году группа ученых провела мета-анализ влияния клетчатки на человеческий организм. Результаты исследования подтвердили, что суточная норма клетчатки в размере 25–30 грамм, которую рекомендует ВОЗ — оптимальна для здоровья.

В этой статье мы расскажем о том, что такое клетчатка, в каких продуктах она содержится и как влияет на организм.

Содержание:

1. Что такое клетчатка
2. Как клетчатка поддерживает здоровье микробиоты
3. Как увеличить долю клетчатки в рационе
4. Как оценить здоровье микробиоты

Что такое клетчатка

Клетчатка — сложный углевод, или пищевое волокно, которое содержится в продуктах растительного происхождения. Она не переваривается организмом, но бактерии кишечника используют ее для выполнения ряда функций.

Существует два вида клетчатки — растворимая и нерастворимая. Практически все растения содержат оба вида, но в разных пропорциях. Оба нужны нашему организму.


Растворимая клетчатка

Photo by Melissa Di Rocco / Unsplash

Растворимая клетчатка при соединении с водой приобретает вязкую гелеобразую консистенцию, что помогает пище проходить через кишечник, а также положительно влияет на некоторые показатели в организме:

Уровень сахара в крови: растворимая клетчатка замедляет всасывание макронутриентов из пищи, особенно сахаров. Тем самым она помогает контролировать уровень глюкозы в крови, что важно для людей с устойчивостью к инсулину, диабетом 2 типа или предрасположенностью к диабету.

Уровень холестерина в крови: растворимая клетчатка блокирует и снижает общий уровень поступающего с пищей холестерина, в том числе  липопротеинов низкой плотности. Это помогает при заболеваниях сердца и снижает риски их развития.

Желчные кислоты: тело использует холестерин для производства желчных кислот, которые помогают расщеплять жиры и собирать отходы, образующиеся в процессе метаболизма. Чтобы желчь не накапливалась в организме, растворимая клетчатка блокирует ее и выводит со стулом.

Аппетит и вес: исследования показывают, что растворимая клетчатка усиливает чувство насыщения и надолго утоляют голод. Результаты исследований указывают на снижение веса и улучшение индекса массы тела у пациентов с лишним весом и ожирением.

Микробиота кишечника: растворимая клетчатка считается пребиотиком — питанием для полезных бактерий кишечника. Они, в свою очередь, расщепляют ее и производят короткоцепочечные жирные кислоты.


Нерастворимая клетчатка

Photo by Tom Hermans / Unsplash

Нерастворимая клетчатка — устойчивые к пищеварительным ферментам волокна,  которые проходят через организм практически в неизменном виде. Они помогают формировать каловые массы.

Нерастворимая клетчатка стимулирует стенки кишечника на выделение слизи (муцина) и жидкости. Волокна впитывают воду, формируя каловые массы, а дополнительная слизь помогает продвигать их через кишечник и выводить из организма.

Как клетчатка поддерживает здоровье микробиоты

Необходимое количество клетчатки в рационе улучшает сразу несколько показателей организма благодаря ее воздействию на полезные и пробиотические бактерии.

Волокна способствуют регулировке уровня сахара и холестерина в крови. Это снижает риск диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, взаимодействие клетчатки и микробов помогает контролировать и уменьшать хронические воспаления, которые ассоциируются со многими распространенными заболеваниями.

Польза Тип клетчатки Продукты
Сытость, уменьшение аппетита Декстрин, полидекстроза Пшеница, картофель, рис
Улучшение уровня сахара в крови Фруктоолигосахариды, резистентный крахмал, пиродекстрин Бобовые, пшеница, рожь, лук, чеснок, термически обработанный крахмал, овощные бананы, охлажденный картофель и паста
Уменьшение воспалений и укрепление иммунитета Арабиногалактан, 𝛃-глюкан, фруктоолигосахариды, галактоолигосахариды, ксило-олигосахариды Редис, морковь, груши, томаты, отруби, цельнозерновые, грибы, бобовые, пшеница, рожь, лук, чеснок, ромашка и эхинацея (не более 10 гр в день)
Улучшение уровня холестерина в крови 𝛃-глюкан, целлюлоза Отруби, цельнозерновые, грибы, большинство съедобных растений
Регулярность стула 𝛃-глюкан Отруби, цельнозерновые, грибы
Всасывание кальция и магния Инулин Цикорий, топинамбур, лук, чеснок
Употребление клетчатки на 15–30% снижает общую смертность и летальные случаи, вызванные проблемами с сердечно-сосудистой системой.

Масляная кислота

Масляная кислота или бутират — короткоцепочечная жирная кислота, которая защищает кишечник от воспалений и поддерживает целостность его стенок.

Кишечные бактерии производят бутират при ферментации пищевых волокон. Среди таких бактерий — Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia, Eubacterium и некоторые другие. При недостатке клетчатки производство масляной кислоты нарушается, что приводит к ослаблению иммунитета и увеличивает риски воспалений.

Бактерии-производители бутирата питаются такими видами клетчатки, как арабиноксилан, инулин, пектин, 𝛃-глюкан, полидекстроза. Они содержатся в ячмене, овсе, цикории, топинамбуре, луке, чесноке, ржи, яблоках, цитрусовых, ягодах, цельнозерновых продуктах, отрубях, грибах.


Клетчатка как пребиотик

Пребиотики — виды волокон, которые при попадании в кишечник питают бактерии и стимулируют их рост.

К таким видам клетчатки относятся бета-глюканы, галакто-, фрукто-, ксило- и арабиноолигосахариды, изомальтоза, лактулоза, олигофруктоза, инулин,  устойчивый крахмал. Все они содержатся в продуктах растительного происхождения.

Если вы прошли Тест Микробиоты Атлас, то могли заметить большое количество непонятных терминов в отчете «Уровень потребления пищевых волокон». Все это — пребиотики, которые присутствуют в вашем рационе.

Благодаря тестированию микробиоты мы узнаём, какие бактерии живут и преобладают в вашем кишечнике, какие виды клетчатки они предпочитают, и насколько эффективно микробиота справляется с расщеплением волокон. Эта информация нужна, чтобы подобрать персональные рекомендации по питанию.


Питание для пробиотических бактерий

Микробиота кишечника — сообщество бактерий. Чем выше их разнообразие, тем лучше показатели здоровья. Средняя и низкая представленность бактерий говорит о дисбалансе микробиоты. Из-за этого потенциал к защите организма от заболеваний и воспалений может быть снижен.

Чем больше пищевых волокон из разных источников в рационе, тем больше полезных бактерий в вашем кишечнике. Например, пробиотические бактерии Bifidobacterium производят ацетат и лактат. Их, в свою очередь, используют бактерии вида Firmicutes для производства бутирата.

Эти бактерии поддерживают кислотность кишечника, обеспечивают защиту от воспалений и патогенных организмов, способствуют укреплению иммунитета, и даже снижению уровня стресса.

Такие представители сообщества, как Akkermansia, обладают другими полезными качествами. Они присутствуют в кишечнике людей с нормальным весом, и помогают контролировать набор и поддержание здоровой массы тела.

Эффект Тип клетчатки Продукты
Рост бифидобактерий Арабинан, арабиноксилан, фруктоолигосахариды (FOS), галактоолигосахариды (GOS), галактоманнаны, маннанолигосахариды Свекла, рожь, ячмень, овес, молочные продукты, цикорий, топинамбур, лук, чеснок, грибы майтаке, пекарские дрожжи
Рост молочнокислых бактерий Фруктоолигосахариды, инулин, галактан, галактоманнан, пуллулан, пиродекстрин Термически обработанный крахмал, рожь, пшеница, лук, чеснок, бобовые, молочные продукты, цикорий, топинамбур, красные водоросли, грибы майтаке
Рост Akkermansia Арабиноксилан Рожь, ячмень, овес

Как увеличить долю клетчатки в рационе

Казалось бы, все что требуется — употреблять не менее 30 грамм клетчатки из натуральных продуктов. Однако, добавлять клетчатку следует постепенно. При резком увеличении волокон в рационе часто проявляются побочные эффекты, например, вздутие, повышенное газообразование и боли в животе.

Британская ассоциация питания, образа жизни и медицины, рекомендует использовать принцип радуги: ежедневно съедать пять порций овощей и два фрукта, каждый из которых должен соответствовать одному из цветов радуги.

Отслеживать результат можно с помощью Дневника питания, который встроен в мобильное приложение Атлас.

Полуфабрикаты и фастфуд небогаты клетчаткой, и содержат много соли, сахара и жиров.


Конструктор рациона

🍛 Гарнир

Цельнозерновые: пшеница, рожь, ячмень, овес, киноа, гречка (это могут быть как зерна, так и мука).
Бобовые: фасоль, чечевица, нут.
Крахмал: картофель (приготовленный и охлажденный), зеленые бананы, коричневый рис.

🥬 Дополнительные источники клетчатки

Овощи: сырые, жареные, вареные, тушеные, на пару, сушеные.
Фрукты: предпочтительно свежие, иногда сушеные. Лучше всего на завтрак или десерт.
Зелень: свежая, сушеная.
Грибы: не забудьте и про них.

🥑 Жиры

Оливковое масло: соблюдайте меру.
Авокадо: вкусное и богатое клетчаткой, тоже важна мера.
Греческий йогурт: пробиотик, отлично подходит для завтрака или в качестве заправки.

🍋 Приправы и заправки

Семечки и орехи: отдавайте предпочтение сырым, они придадут хрустящую текстуру блюду.
Цитрусовые: их сок хорошо подойдет в качестве заправки
Травы: придают насыщенный вкус.
Специи: в зависимости от настроения.
Перец: черный, красный, смесь, сушеный или свежий
Соль: главное, не пересолить.
Пищевые дрожжи: добавляют сырный привкус и аромат. Лучше подходят для уже готовых блюд.

🥚 Белки

Красное мясо, морепродукты и жирная рыба: каждый не более раза в неделю.
Белое мясо и яйца: в меру.
Растительный белок: бобовые, тофу.


Стоит ли принимать клетчатку в виде БАД

Употреблять рекомендуемое количество клетчатки при обычном питании бывает нелегко. Теория о том, что в большом количестве она способствует похудению, а также доступность в виде пищевых добавок, делает выбор в пользу БАДов более привлекательным.

Результаты исследований, направленных на изучение того, как клетчатка в виде добавок влияет на снижение индекса массы тела — противоречивы. С одной стороны, некоторые БАДы на долгое время утоляют голод. Это уменьшает аппетит и способствует употреблению меньшего числа калорий.

С другой стороны, добавки содержат клетчатку в чистом виде: в отличие от овощей и фруктов они лишены витаминов и минералов. Кроме того, в процессе производства клетчатка часто теряет способность к гелеобразованию — она не создает вязкую массу, которая дает чувство сытости.

Клетчатка в виде биологически активных добавок имеет свои плюсы: она помогает дополнить количество волокон в рационе, а также используется для лечения некоторых желудочно-кишечных расстройств. Но прибегать к такому методу следует под наблюдением врача.


Как оценить здоровье микробиоты

В Тесте микробиоты мы изучаем ДНК бактерий из образца стула. Это позволяет узнать уровень разнообразия микробиоты, как бактерии справляются с синтезом масляной кислоты и витаминов, а также каких видов клетчатки вам не хватает.

В личный кабинет в раздел Питание мы загрузим отчеты по четырем показателям:

Результаты теста также включают рекомендации по питанию, основанные на вашем составе кишечных бактерий.

Подпишитесь на нашу рассылку вверху страницы и получите скидку 10% на Тест микробиоты.

  • ED Jesch & TP Carr, Food Ingredients That Inhibit Cholesterol Absorption, 2017
  • SV Thompson et al., Effects of isolated soluble fiber supplementation on body weight, glycemia, and insulinemia in adults with overweight and obesity: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials, 2017
  • J Slavin & H Green, Dietary fibre and satiety, 2007
  • D Dhingra et al., Dietary fibre in foods: a review, 2012
  • World Gastroenterology Organisation, Diet and the gut guidelines, 2018
  • Andrew Reynolds et al, Carbohydrate quality and human health: a series of systematic reviews and meta-analyses,2019
  • McRorie, Johnson W. Jr PhD, FACG, AGAF, FACN, Evidence-Based Approach to Fiber Supplements and Clinically Meaningful Health Benefits, Part 2 What to Look for and How to Recommend an Effective Fiber Therapy, 2015
  • Max H Pittler, Edzard Ernst, Dietary supplements for body-weight reduction: a systematic review, 2004

§ 1. Классификация и функции углеводов

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных.  В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим.  Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой СmH2nOn или Cm(H2O)n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

 

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д.: 

 

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы)  представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu2+, Ag+) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим  с пищей, является крахмал. Он содержится  в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются  расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

,

которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.

В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:

В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.

Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях: 

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.

Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.

В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.

Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

 

Структурная, опорная и защитная функции

Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым  мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.

Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают  бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

 

Регуляторная функция

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

,

а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.

Биологическая функция целлюлозы - Видео и стенограмма урока

Роль целлюлозы в растениях

Это структура целлюлозы, которая делает ее настолько полезной. Целлюлоза является структурным полисахаридом и составляет около 30% клеточной стенки растений, которая выполняет множество функций, в том числе:

  • соединительных клеток для образования тканей
  • сигнальных клеток для роста и деления
  • контроль формы растительных клеток
  • позволяет клеткам выдерживать тургорное давление жидкости внутри них

Представьте клетку как воздушный шар, наполненный водой, баллон должен выдерживать давление воды внутри него. В клетках растений это давление известно как тургорное давление . Прочность на разрыв целлюлозных волокон в клеточной стенке придает ей жесткость и прочность, необходимые для выдерживания тургорного давления. Таким образом, целлюлоза играет важную роль в поддержании формы растительной клетки и органов растения.

Как целлюлоза приносит пользу микробам

Целлюлоза является источником энергии для нескольких типов микробов. Большое количество целлюлозы разлагается до глюкозы как бактериальными, так и грибковыми микробами.Глюкоза, полученная при разложении целлюлозы, затем используется другими микробами в качестве источника углерода для производства энергии. Многие грибы, особенно представители Basidiomycetes , выполняют важную экологическую функцию, разрушая целлюлозу, присутствующую в гниющей древесине.

Некоторые животные могут переваривать целлюлозу. Когда травоядное животное, скажем, корова, потребляет растение, например траву, бактерии в их кишечном тракте могут расщеплять целлюлозу на более мелкие части, которые может поглотить собственная пищеварительная система коровы.

Некоторые бактерии действительно могут производить собственную целлюлозу, образуя своего рода пленку. Бактерии уксусной кислоты, используемые при производстве вина и пива, являются одним из этих типов. Синтезированная целлюлоза образует пленку вокруг бактериальной клетки и становится своего рода матрицей, называемой пленкой, которая помогает бактериям уксусной кислоты плавать на поверхности и получать доступ к кислороду, необходимому для их выживания.

Целлюлоза как пищевое волокно

Целлюлоза - это нерастворимое в воде пищевое волокно, которое содержится только в продуктах растительного происхождения, таких как фрукты, овощи, зерна и орехи.Он отсутствует в пищевых продуктах животного происхождения, таких как мясо, молоко и яйца.

Целлюлоза не переваривается и не всасывается в нашем кишечнике. Однако продукты, содержащие целлюлозу, связывают больше воды, делая кал более объемным и мягким, что облегчает прохождение через нашу пищеварительную систему. Следовательно, потребление волокнистой пищи полезно при лечении и профилактике запоров и геморроя.

Волокна целлюлозы не добавляют калорий в нашу пищу, но все же дают ощущение сытости, что может помочь в похудании.Диета с высоким содержанием клетчатки также связана со снижением риска развития диабета второго типа, ожирения и некоторых видов рака, например рака толстой кишки.

Краткое содержание урока

Целлюлоза - это нерастворимый в воде полисахарид, состоящий из тысяч молекул глюкозы и обладающий высокой прочностью на разрыв. Он присутствует в клеточной стенке растительной клетки. Он помогает клетке сохранять форму растения и выдерживать тургорное давление , которое представляет собой давление, оказываемое жидкостью, содержащейся в клетке.Целлюлоза является источником энергии и углерода для множества бактерий и грибов. Некоторые бактерии способны синтезировать собственную целлюлозу. Волокнистые продукты, содержащие целлюлозу, полезны для предотвращения запоров, геморроя, рака толстой кишки и ожирения.

Что такое целлюлоза? Факты и функции

Целлюлоза [(C 6 H 10 O 5 ) n ] - это органическое соединение и самый распространенный биополимер на Земле. Это сложный углевод или полисахарид, состоящий из сотен и тысяч молекул глюкозы, связанных вместе в цепь.Хотя животные не производят целлюлозу, ее производят растения, водоросли, а также некоторые бактерии и другие микроорганизмы. Целлюлоза - основная структурная молекула в клеточных стенках растений и водорослей.

История

Французский химик Ансельм Пайен открыл и выделил целлюлозу в 1838 году. Пайен также определил химическую формулу. В 1870 году первый термопластический полимер, целлулоид, был произведен компанией Hyatt Manufacturing Company с использованием целлюлозы. Отсюда целлюлоза использовалась для производства вискозы в 1890-х годах и целлофана в 1912 году.Герман Штаудингер определил химическую структуру целлюлозы в 1920 году. В 1992 году Кобаяши и Шода синтезировали целлюлозу без использования каких-либо биологических ферментов.

Химическая структура и свойства

Целлюлоза образуется путем связывания субъединиц глюкозы. NEUROtiker, Бен Миллс / Public Domain

Целлюлоза образуется через β (1 → 4) -гликозидные связи между звеньями D-глюкозы. Напротив, крахмал и гликоген образуются за счет α (1 → 4) -гликозидных связей между молекулами глюкозы. Связи в целлюлозе делают ее полимером с прямой цепью.Гидроксильные группы в молекулах глюкозы образуют водородные связи с атомами кислорода, удерживая цепи на месте и придавая волокнам высокую прочность на разрыв. В стенках растительных клеток несколько цепей соединяются вместе, образуя микрофибриллы.

Чистая целлюлоза не имеет запаха, вкуса, гидрофильна, нерастворима в воде и биоразлагаема. Он имеет температуру плавления 467 градусов Цельсия и может быть разложен на глюкозу путем кислотной обработки при высокой температуре.

Функции целлюлозы

Целлюлоза поддерживает клеточную стенку растений.ttsz / Getty Images

Целлюлоза - это структурный белок растений и водорослей. Волокна целлюлозы опутаны полисахаридной матрицей для поддержки стенок растительных клеток. Стебли растений и древесина поддерживаются целлюлозными волокнами, распределенными в лигниновой матрице, где целлюлоза действует как арматурный стержень, а лигнин действует как бетон. Самая чистая натуральная форма целлюлозы - это хлопок, который на 90% состоит из целлюлозы. Напротив, древесина состоит на 40-50% из целлюлозы.

Некоторые виды бактерий выделяют целлюлозу для образования биопленок.Биопленки обеспечивают поверхность прикрепления для микроорганизмов и позволяют им объединяться в колонии.

Хотя животные не могут производить целлюлозу, это важно для их выживания. Некоторые насекомые используют целлюлозу в качестве строительного материала и пищи. Жвачные животные используют симбиотические микроорганизмы для переваривания целлюлозы. Люди не могут переваривать целлюлозу, но это основной источник нерастворимых пищевых волокон, которые влияют на усвоение питательных веществ и способствуют дефекации.

Важные производные

Существует много важных производных целлюлозы.Многие из этих полимеров поддаются биологическому разложению и являются возобновляемыми ресурсами. Соединения, производные целлюлозы, как правило, нетоксичны и не вызывают аллергию. Производные целлюлозы включают:

  • Целлулоид
  • Целлофан
  • Вискоза
  • Ацетат целлюлозы
  • Триацетат целлюлозы
  • Нитроцеллюлоза
  • Метилцеллюлоза
  • Сульфат целлюлозы
  • Этулоза
  • Этилгидроксиэтилцеллюлоза
  • Гидроксипропилметилцеллюлоза
  • Карбоксиметилцеллюлоза (целлюлозная камедь)

Коммерческое использование

Основное коммерческое использование целлюлозы - это производство бумаги, где крафт-процесс используется для отделения целлюлозы от лигнина.Волокна целлюлозы используются в текстильной промышленности. Хлопок, лен и другие натуральные волокна могут использоваться напрямую или обрабатываться для производства вискозы. Микрокристаллическая целлюлоза и порошковая целлюлоза используются в качестве наполнителей лекарств и пищевых загустителей, эмульгаторов и стабилизаторов. Ученые используют целлюлозу для фильтрации жидкостей и тонкослойной хроматографии. Целлюлоза используется в качестве строительного материала и электроизолятора. Он используется в повседневных бытовых материалах, таких как кофейные фильтры, губки, клеи, глазные капли, слабительные средства и пленки.В то время как целлюлоза из растений всегда была важным топливом, целлюлоза из отходов животноводства также может быть переработана для производства бутанольного биотоплива.

Источники

  • Дхингра, Д; Майкл, М; Раджпут, H; Патил, Р. Т. (2011). «Пищевые волокна в продуктах питания: обзор». Журнал пищевой науки и технологий . 49 (3): 255–266. DOI: 10.1007 / s13197-011-0365-5
  • Клемм, Дитер; Хойблен, Бриджит; Финк, Ханс-Петер; Бон, Андреас (2005). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и экологически чистое сырье." Angew. Chem. Int. Ed. . 44 (22): 3358–93. DOI: 10.1002 / anie.200460587
  • Mettler, Matthew S .; Mushrif, Samir H ​​.; Полсен, Алекс Д .; Javadekar, Ashay D .; Vlachos, Dionisios G .; Дауэнхауэр, Пол Дж. (2012). «Выявление химии пиролиза для производства биотоплива: превращение целлюлозы в фураны и малые оксигенаты». Energy Environ. Sci. 5: 5414–5424. DOI: 10.1039 / C1EE02743C
  • Нишияма, Йошихару; Ланган, Пол; Шанзи, Анри (2002). «Кристаллическая структура и система водородных связей в целлюлозе Iβ по данным синхротронной рентгеновской дифракции и дифракции нейтронного волокна." J. Am. Chem. Soc . 124 (31): 9074–82. DOI: 10.1021 / ja0257319
  • Стениус, Пер (2000). Лесная химия . Бумажная наука и технология. Vol. 3. Финляндия: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.

Структура, свойства, функции, факты и резюме

Введение

Целлюлоза - это органическое соединение, относящееся к категории полисахаридов. Это полимер, состоящий из субъединиц глюкозы.Он содержится в клетках бактерий и растений и в большом количестве присутствует в их клеточных стенках. Целлюлоза играет важную роль в структуре и прочности растений. Это также имеет большое значение в отрасли.

В этой статье мы изучим структуру, свойства и синтез целлюлозы. Мы также обсудим его возникновение и важность для растений. Напоследок поговорим о промышленном использовании целлюлозы. Итак, продолжайте читать.

Структура

Целлюлоза состоит из тысяч субъединиц D-глюкозы.Субъединицы глюкозы в целлюлозе связаны через бета-1-4 гликозидные связи.

В отличие от других полисахаридов, молекулы глюкозы в целлюлозе имеют обратную ориентацию. Они имеют бета-ориентацию, при которой гидроксильная группа аномерного углерода или углерода номер один направлена ​​над плоскостью глюкозного кольца. Гидроксильные группы остальных атомов углерода направлены ниже плоскости кольца.

Для образования бета-1-4 гликозидных связей каждая альтернативная молекула глюкозы в целлюлозе инвертируется.Гидроксильная группа углерода 1 направлена ​​вверх, а у углерода 4 - вниз. Теперь, чтобы образовать бета-1-4-гликозидную связь, одна из этих молекул должна быть перевернута так, чтобы обе гидроксильные группы находились в одной плоскости. Это причина инверсии каждой альтернативной молекулы глюкозы в целлюлозе.

Целлюлоза - неразветвленная молекула. Полимерные цепи глюкозы расположены линейно. В отличие от крахмала или гликогена, эти цепи не подвергаются свертыванию, образованию спиралей или разветвлению.Скорее, эти цепочки расположены параллельно друг другу. Водородные связи образуются между этими цепями из-за атомов водорода и гидроксильных групп, которые прочно удерживают цепи вместе. Это приводит к образованию прочных и прочных микрофибрилл целлюлозы.

Целлюлоза присутствует в клетках растений в виде микрофибрилл целлюлозы. Эти микрофибриллы вместе образуют полисахаридную или целлюлозную матрицу. Дальнейшие подробности полисахаридной матрицы будут обсуждаться где-нибудь в этой статье.

Недвижимость

Целлюлоза отличается от остальных полисахаридов по своим свойствам. Уникальные свойства целлюлозы обусловлены ее уникальной структурой. Они также зависят от количества субъединиц глюкозы, присутствующих в целлюлозе. Он имеет следующие свойства:

  • Целлюлоза - самый распространенный углевод, присутствующий в природе
  • Он нерастворим в воде
  • Целлюлоза представляет собой твердое кристаллическое вещество, имеющее белый порошкообразный вид
  • Она имеет высокую прочность на разрыв благодаря прочным водородным связям между отдельными цепями микрофибрилл целлюлозы.Прочность на разрыв микрофибрилл целлюлозы сравнима с прочностью на разрыв стали
  • Альтернативное расположение молекул глюкозы в целлюлозе также способствует высокой прочности целлюлозы на разрыв
  • Она растворима в органических растворителях

Синтез

Целлюлоза - это синтез не происходит у животных. Он ограничен только растениями или бактериями. Биосинтез целлюлозы в двух организмах происходит по разным этапам

Растения

У растений синтез целлюлозы происходит на специальных комплексах, присутствующих на клеточной мембране, которые называются концевыми комплексами розетки.Эти комплексы представляют собой гексамерные трансмембранные белки, способные свободно плавать в плазматической мембране. Они содержат по крайней мере три фермента синтазы целлюлозы.

Эти трансмембранные розетки выполняют две функции; полимеризация остатков глюкозы с образованием целлюлозной цепи и сборка микрофибрилл целлюлозы.

Синтез целлюлозной цепи

Процесс синтеза цепи целлюлозы начинается на цитоплазматическом конце концевых комплексов розетки.Ферменты синтазы целлюлозы используют остатки глюкозы, обеспечиваемые UDP-глюкозой.

На первом этапе глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат в цитоплазме растительных клеток под действием фермента фосфоглюкомутазы. Этот этап является обычным при синтезе крахмала, гликогена и целлюлозы.

На следующем этапе UTP и глюкозо-1-фосфат реагируют с образованием UDP-глюкозы и высвобождается молекула пирофосфата. Гидролиз пирофосфата делает этот этап необратимым. Это также стадия, ограничивающая скорость синтеза целлюлозы.

Целлюлазосинтаза требует праймера для синтеза цепей целлюлозы. Стероидная молекула ситостерин-бета-глюкозид выполняет функцию праймера при синтезе целлюлозы.

Синтаза целлюлозы начинает построение целлюлозной цепи на праймере с использованием остатков глюкозы, обеспечиваемых молекулами UDP-глюкозы. Он соединяет остатки глюкозы через бета-1-4 гликозидные связи с образованием длинной цепи целлюлозы, высвобождающей молекулы UDP.

Молекулы UDP могут затем превращаться в UTP с помощью определенных киназ.

Сборка микрофибрилл целлюлозы

Как только цепь целлюлозы удлиняется до определенной длины, фермент целлюлаза, присутствующий в цитоплазме, отщепляет эту цепь от праймера.

Розеточные комплексы перемещают эту цепь через плазматическую мембрану в клеточную стенку.

В клеточной стенке различные цепи целлюлозы расположены параллельно друг другу, и между ними образуются водородные связи. Это приводит к образованию микрофибрилл целлюлозы с высокой прочностью на разрыв.

Бактерии

Бактерии используют то же семейство ферментов для синтеза целлюлозы, что и растения. Однако бактериальные ферменты кодируются разными генами. Другая гипотеза состоит в том, что растения получили ферменты синтеза целлюлозы от бактерий после эндосимбиоза.

Животные

Целлюлозу также синтезируют некоторые животные, называемые оболочниками. Туникаты - это беспозвоночные животные, обитающие в море. У них твердая оболочка, которая окружает нежное тело животного.Целлюлоза содержится в панцире этих животных.

Процесс синтеза целлюлозы в чем-то такой же, как у растений и бактерий. Структура целлюлозы практически такая же.

Целлюлозная сеть в клеточной стенке растений

Понимание расположения микрофибрилл целлюлозы и полисахаридного матрикса в клеточной стенке растений также важно.

Ранее мы исследовали, что при синтезе цепей целлюлозы они экспортируются из клетки в клеточную стенку.Здесь целлюлозные цепи расположены параллельно, образуя водородные связи между собой. Это приводит к образованию микрофибрилл целлюлозы.

Полисахаридная матрица образуется, когда другие молекулы сахара взаимодействуют с этими микрофибриллами целлюлозы. В первичной клеточной стенке растений глюканы и арабиноксиланы являются двумя основными компонентами полисахаридной матрицы. Эти полисахариды взаимодействуют друг с другом и образуют сеть среди микрофибрилл целлюлозы.Эта сеть усиливается за счет образования перекрестных ссылок. Эти поперечные связи образуются, когда остатки арабиноксилана реагируют с кислотами, такими как феруловая кислота (FA) и диферуловая кислота (DFA). По этой причине также говорят, что полисахаридная матрица состоит из кислых полисахаридов.

Помимо микрофибрилл целлюлозы и полисахаридного матрикса, первичная клеточная стенка также содержит сшивающие полисахариды. Эти полисахариды сшивают микрофибриллы целлюлозы, образуя сложную сеть.Наиболее важным из этих сшивающих полисахаридов является гемицеллюлоза. Это производное целлюлозы, о котором мы кратко поговорим в конце этой статьи.

Кальций также играет важную роль в формировании сети. Он сшивает кислые полисахариды, присутствующие в полисахаридной матрице.

происшествие

Целлюлоза - это самый распространенный биополимер на Земле. Он присутствует в клеточной стенке всех клеток растения. Целлюлоза также присутствует в клеточной стенке других организмов, таких как бактерии и водоросли.

Самая чистая форма целлюлозы - это хлопок, который содержит около 98% целлюлозы. Кроме того, целлюлоза присутствует в древесине, полученной из деревьев.

Хотя клетки животных не имеют клеточной стенки, целлюлоза также встречается у некоторых видов животных. Он присутствует в панцирях оболочников, беспозвоночных животных, обитающих в море.

Целлюлолиз

Процесс разложения целлюлозы называется целлюлолизом. Его можно обсудить под тремя заголовками; у растений, животных и при тепловом воздействии.

Растения

Целлюлоза обычно не разлагается в растениях, за исключением болезней. При большинстве заболеваний патогены проникают в растительную клетку после разрушения клеточной стенки растения. Это разрушение клеточной стенки осуществляется целлюлолитическими ферментами, которые разрушают или расщепляют целлюлозу, присутствующую в микрофибриллах.

Различные целлюлолитические ферменты вместе известны как ферменты целлюлазы. Эти ферменты вырабатываются различными бактериями, грибами и другими паразитами растений.

Животные

Разложение целлюлозы происходит в пищеварительном тракте некоторых млекопитающих. Целлюлозу обычно трудно переваривать из-за обширных поперечных сшивок, которые проходят между ее волокнами в клеточной стенке растения. Однако пищеварение можно облегчить, если его растворить в некоторых полярных растворителях, таких как ионные растворы и т. Д.

Переваривание целлюлозы ограничено травоядными животными, такими как коровы, козы, овцы и т. Д. У этих млекопитающих есть бактерии, которые живут в симбиотических отношениях в пищеварительном тракте этих млекопитающих.К ним относятся видов бактерий Cellulomonas и Ruminococcus .

Эти бактерии производят фермент целлюлазу, который разрушает целлюлозу, присутствующую в пище этих млекопитающих. Продукты распада целлюлозы используются бактериями для собственного роста и размножения.

Бактерии позже перевариваются ферментами пищеварительного тракта млекопитающего. Таким образом, целлюлоза, содержащаяся в бактериях, становится частью тела млекопитающих.

В этом процессе участвуют два типа ферментов;

  • Целлюлазы, они действуют на остатки глюкозы, присутствующие в цепи, и разрушают бета-1-4 звенья
  • Глюкозидазы, они действуют на концы цепи и удаляют концевые остатки глюкозы, разрывая гликозидные связи

Целлюлоза не является переваривается в пищеварительной системе человека из-за отсутствия ферментов, разрушающих бета-1-4 гликозидные связи.

Термолиз

Термолиз означает разрушение целлюлозы при воздействии на нее высокой температуры или тепла.

Термолиз целлюлозы происходит при 350 градусах, когда разлагается на пары углекислого газа и других аэрозолей. Эта температура называется термолитической или пиролитической.

Расплав целлюлозы при температуре пиролиза содержит короткие цепи, состоящие из двух-семи субъединиц.

Аэрозоли, возникающие при этой температуре пиролиза, содержат олигомеры целлюлозы в безводной форме. Эти безводные молекулы происходят из расплава.

Важность

Целлюлоза имеет огромное значение для растений, животных, микроорганизмов, а также в промышленности.

Растения

Целлюлоза обеспечивает жесткость растительных клеток. Высокая прочность на разрыв целлюлозных волокон, присутствующих в стенке растительной клетки, отвечает за сохранение формы и жесткости растительных клеток. Именно благодаря таким прочным целлюлозным волокнам в клеточной стенке клетки растений не лопаются, как клетки животных, при помещении в гипотонический раствор.

Микроорганизмы

Целлюлоза - компонент клеточных стенок бактерий и водорослей. Он обеспечивает жесткость этих ячеек, а также сохраняет их форму и структуру.

Животные

Это важный диетический источник углеводов у травоядных, таких как козы и овцы.

У других млекопитающих и людей не переваривается. Однако он действует как объемная клетчатка, необходимая для здоровья желудочно-кишечного тракта.

Промышленность

Целлюлоза используется в различных отраслях промышленности на благо человечества.Ниже приведены некоторые из его применений:

  • Целлюлоза используется для производства бумаги, картона, картона, картона и других бумажных изделий.
  • Используется в текстильной промышленности для изготовления одежды. Из хлопка и других растительных волокон шьют разную одежду.
  • Используется для изготовления электроизоляционной бумаги в электротехнической промышленности.
  • Используется для производства биотоплива.
  • Целлюлоза используется в порохе.
  • Используется как стабилизатор в различных лекарствах.
  • Используется в биологических лабораториях как стационарная фаза для хроматографии.

Сводка

  1. Целлюлоза - самый важный структурный полисахарид, присутствующий в растениях.
  2. Он состоит из неразветвленных цепей молекул глюкозы, связанных бета-1-4 гликозидными связями.
  3. Каждая альтернативная молекула глюкозы в целлюлозных цепях инвертирована. Эти цепочки расположены параллельно друг другу, образуя микрофибриллы.
  4. Синтезируется специальными розетками трансмембранных комплексов, присутствующих в плазматической мембране растительных клеток.
  5. Микрофибриллы целлюлозы сшиты через молекулы гемицеллюлозы.
  6. Полисахаридная матрица с кислым полисахаридом также присутствует вместе с микрофибриллами целлюлозы в клеточной стенке растений.
  7. Целлюлоза присутствует в клеточной стенке растений, водорослей и бактерий, а также в оболочке оболочников.
  8. Целлюлоза усваивается только травоядными животными.
  9. В растениях целлюлоза разлагается патогенными ферментами. Он также подвергается деградации при температуре 350 градусов Цельсия.
  10. Придает прочность и жесткость клеткам растений и бактерий, а также водорослям.
  11. Это источник углеводов для травоядных животных.
  12. Целлюлоза составляет основную часть пищевых волокон в рационе человека.
  13. Используется в промышленности для следующих целей;
    • Для производства бумаги и бумажных изделий
    • Для изготовления изоляционной бумаги
    • В качестве биотоплива
    • В качестве стационарной фазы в хроматографии
    • Для производства пороха

Ссылки

  1. Обновление D.М. (1969). «Полимикроопределение целлюлозы в биологических материалах». Аналитическая биохимия. 32 (3): 420–424. дой : 10.1016 / S0003-2697 (69) 80009-6 . PMID 5361396 .
  2. Ромео, Тони (2008). Бактериальные биопленки. Берлин: Springer. С. 258–263. ISBN 978-3-540-75418-3 .
  3. Клемм, Дитер; Хойблен, Бриджит; Финк, Ханс-Петер; Бон, Андреас (2005).«Целлюлоза: очаровательный биополимер и экологически чистое сырье». Энгью. Chem. Int. Эд. 44 (22): 3358–93. DOI : 10.1002 / anie.200460587 . PMID 15861454 .
  4. Целлюлоза. (2008). В Британская энциклопедия . Получено 11 января 2008 г. из Encyclopdia Britannica Online.
  5. Химический состав древесины Архивировано 13.10.2018 на Wayback Machine .ipst.gatech.edu.

Определение, примеры, функция и структура

Определение полисахарида

Полисахарид - это большая молекула, состоящая из множества более мелких моносахаридов . Моносахариды - это простые сахара, такие как глюкоза. Специальные ферменты связывают эти маленькие мономеры вместе, создавая крупные полимеры сахаров или полисахариды. Полисахарид также называют гликаном . Полисахарид может быть гомополисахаридом , в котором все моносахариды одинаковы, или гетерополисахаридом , в котором моносахариды различаются.В зависимости от того, какие моносахариды связаны и какие атомы углерода в моносахаридах соединяются, полисахариды принимают различные формы. Молекула с прямой цепью моносахаридов называется линейным полисахаридом, а цепь с ответвлениями и витками называется разветвленным полисахаридом.

Функции полисахарида

В зависимости от своей структуры полисахариды могут выполнять самые разные функции в природе. Некоторые полисахариды используются для хранения энергии, некоторые - для отправки клеточных сообщений, а другие - для поддержки клеток и тканей.

Хранение энергии

Многие полисахариды используются для хранения энергии в организмах. В то время как ферменты, которые производят энергию, работают только с моносахаридами, хранящимися в полисахариде, полисахариды обычно складываются вместе и могут содержать много моносахаридов в плотной области. Кроме того, поскольку боковые цепи моносахаридов образуют максимально возможное количество водородных связей между собой, вода не может проникать в молекулы, делая их гидрофобными . Это свойство позволяет молекулам оставаться вместе и не растворяться в цитозоле.Это снижает концентрацию сахара в клетке, и тогда можно принимать больше сахара. Полисахариды не только накапливают энергию, но и позволяют изменять градиент концентрации, что может влиять на поглощение клетками питательных веществ и воды.

Клеточная коммуникация

Многие полисахариды превращаются в гликоконъюгаты , когда они становятся ковалентно связанными с белками или липидами. Гликолипиды и гликопротеины могут использоваться для передачи сигналов между клетками и внутри них. Белки, направляющиеся в определенную органеллу, могут быть «помечены» определенными полисахаридами, которые помогают клетке перемещаться к определенной органелле.Полисахариды можно идентифицировать с помощью специальных белков, которые затем помогают связать белок, везикулу или другое вещество с микротрубочкой. Система микротрубочек и связанных белков в клетках может доставить любое вещество в назначенное место после того, как оно будет помечено определенными полисахаридами. Кроме того, у многоклеточных организмов есть иммунная система, управляемая распознаванием гликопротеинов на поверхности клеток. Клетки отдельных организмов будут производить определенные полисахариды, чтобы украсить свои клетки.Когда иммунная система распознает другие полисахариды и различные гликопротеины, она начинает действовать и разрушает вторгшиеся клетки.

Поддержка сотовой связи

Безусловно, одна из важнейших ролей полисахаридов - это поддержка. Все растения на Земле частично поддерживаются полисахаридом целлюлозы . Другие организмы, такие как насекомые и грибы, используют хитин для поддержки внеклеточного матрикса вокруг своих клеток. Полисахарид можно смешивать с любым количеством других компонентов для создания более жестких, менее жестких тканей или даже материалов с особыми свойствами.Между хитином и целлюлозой, полисахаридами, состоящими из моносахаридов глюкозы, живые организмы ежегодно создают сотни миллиардов тонн. Все, от дерева на деревьях до раковин морских существ, производится с помощью полисахаридов в той или иной форме. Просто перестроив структуру, полисахариды могут превратиться из запасных молекул в гораздо более прочные волокнистые молекулы. Кольцевая структура большинства моносахаридов способствует этому процессу, как показано ниже.

Структура полисахарида

Все полисахариды образуются с помощью одного и того же основного процесса: моносахариды связаны через гликозидных связей .В полисахариде отдельные моносахариды известны как остатков . Ниже представлены лишь некоторые из множества моносахаридов, созданных в природе. В зависимости от полисахарида любую их комбинацию можно комбинировать последовательно.

Структура соединяемых молекул определяет структуру и свойства получаемого полисахарида. Сложное взаимодействие между их гидроксильными группами (ОН), другими боковыми группами, конфигурациями молекул и задействованными ферментами влияет на получаемый в результате полисахарид.Полисахарид, используемый для хранения энергии, обеспечит легкий доступ к моносахаридам, сохраняя при этом компактную структуру. Полисахарид, используемый для поддержки, обычно представляет собой длинную цепь моносахаридов, которая действует как волокно. Многие волокна вместе образуют водородные связи между волокнами, которые укрепляют общую структуру материала, как показано на изображении ниже.

Гликозидные связи между моносахаридами состоят из молекулы кислорода, соединяющей два углеродных кольца.Связь образуется, когда гидроксильная группа теряется у углерода одной молекулы, в то время как водород теряется гидроксильной группой другого моносахарида. Углерод первой молекулы заменит кислород второй молекулы своим собственным, и образуется гликозидная связь. Поскольку две молекулы водорода и одна кислород выбрасываются, в результате реакции также образовалась молекула воды. Этот тип реакции называется реакцией дегидратации , поскольку вода удаляется из реагентов.

Примеры полисахаридов

Целлюлоза и хитин

Целлюлоза и хитин являются структурными полисахаридами, которые состоят из многих тысяч мономеров глюкозы, объединенных в длинные волокна. Единственное различие между двумя полисахаридами - это боковые цепи, прикрепленные к углеродным кольцам моносахаридов. В хитине моносахариды глюкозы были модифицированы группой, содержащей больше углерода, азота и кислорода. Боковая цепь создает диполь, который увеличивает водородные связи.В то время как целлюлоза может создавать твердые структуры, такие как дерево, хитин может образовывать еще более твердые структуры, такие как ракушечник, известняк и даже мрамор при сжатии.

Оба полисахарида образуют длинные линейные цепи. Эти цепочки образуют длинные волокна, которые откладываются за пределами клеточной мембраны. Определенные белки и другие факторы помогают волокнам вплетаться в сложную форму, которая удерживается на месте водородными связями между боковыми цепями. Таким образом, простые молекулы глюкозы, которые когда-то использовались для хранения энергии, могут быть преобразованы в молекулы со структурной жесткостью.Единственная разница между структурными полисахаридами и запасными полисахаридами - это используемые моносахариды. При изменении конфигурации молекул глюкозы вместо структурного полисахарида молекула будет разветвляться и хранить гораздо больше связей в меньшем пространстве. Единственная разница между целлюлозой и крахмалом - это конфигурация используемой глюкозы.

Гликоген и крахмал

Вероятно, самые важные запасные полисахариды на планете, гликоген и крахмал, производятся животными и растениями соответственно.Эти полисахариды образуются из центральной начальной точки и спирали наружу из-за их сложной структуры ветвления. С помощью различных белков, которые прикрепляются к отдельным полисахаридам, большие разветвленные молекулы образуют гранул или кластеров. Это можно увидеть на изображении ниже молекул гликогена и связанных с ним белков, которые видны посередине.

Когда молекула гликогена или крахмала расщепляется, ответственные ферменты начинаются на концах, наиболее удаленных от центра.Это важно, поскольку вы заметите, что из-за обширного ветвления есть только 2 начальные точки, но много концов. Это означает, что моносахариды можно быстро извлечь из полисахарида и использовать для получения энергии. Единственная разница между крахмалом и гликогеном - это количество ответвлений на молекулу. Это вызвано тем, что разные части моносахаридов образуют связи, и разные ферменты действуют на молекулы. В гликогене ветвь встречается примерно через каждые 12 остатков, в то время как в крахмале ветвь встречается только через каждые 30 остатков.

  • Моносахарид - Наименьшая единица молекул сахара или мономер сахара.
  • Мономер - единый объект, который может быть объединен в более крупный объект или полимер.
  • Полимер - Включает белки, полисахариды и многие другие молекулы, состоящие из более мелких единиц, объединенных вместе.
  • Полипептид - Полимер мономеров аминокислот, также называемый белком.

Викторина

1.Если вы какое-то время не чистили зубы, вы можете заметить, что начинает накапливаться желтый налет. Часть налета состоит из декстранов или полисахаридов, которые бактерии используют для хранения энергии. Откуда бактерии берут моносахариды для создания этих полисахаридов?
A. Они синтезируют их из солнечного света.
B. Они создают их из своего генетического кода.
C. Они собирают их из остатков еды, которые вы едите.

Ответ на вопрос № 1

C правильный.Каждый раз, когда вы принимаете немного, кусочки пищи застревают между зубами. В большинстве пищевых продуктов присутствуют моносахариды, которые могут питать бактерии и позволяют им накапливать энергию в декстранах и создавать зубной налет. Однако пищеварительный процесс начинается в слюне, и, пока пища остается во рту, она продолжает выделять моносахариды, которые способствуют росту бактерий. Вот почему так важно регулярно чистить зубы щеткой и нитью.

2. Растения производят как крахмальную амилозу, так и структурную полимерную целлюлозу из единиц глюкозы.Большинство животных не могут переваривать целлюлозу. Даже жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, не могут переваривать целлюлозу и полагаются на симбиотические внутренние организмы, чтобы разорвать связи целлюлозы. Однако все млекопитающие производят амилазу, фермент, который может расщеплять амилозу. Почему амилаза не может разорвать связи целлюлозы?
A. Целлюлоза и амилоза структурно различаются, и амилаза не распознает целлюлозу.
B. Гликозидные связи целлюлозы более прочны.
С. Внеклеточный матрикс, созданный целлюлозой, не может быть разрушен.

Ответ на вопрос № 2

правильный. Хотя глюкоза используется для создания обеих молекул, используются разные конфигурации. В амилозе это приводит к образованию плотного разветвленного рисунка со многими открытыми точками, которые могут перевариваться амилазой. Амилаза специфически распознает амилозу и не может прикрепляться к целлюлозным связям или разрывать их. Отчасти это вызвано тем, что целлюлозные связи сильнее, а не гликозидные связи.Целлюлоза имеет ряд других связей, которые не наблюдаются в амилозе, которые находятся между боковыми цепями. Это также помогает ему сохранять форму, но его невозможно сломать. Коровы проводят много часов, пережевывая комок растительных волокон, медленно разрушая связи между молекулами целлюлозы.

3. Гиалуронан - это молекула, обнаруженная в суставах позвоночных, которая обеспечивает поддержку, создавая желеобразную матрицу для амортизации костей. Гиалуронан создается из нескольких различных моносахаридов, связанных вместе в длинные цепи.Что из перечисленного описывает гиалуронан?
1. Гомополисахарид
2. Гетерополисахарид
3. Полимер
4. Мономер

A. Все они
B. 1, 3
C. 2, 3

Ответ на вопрос № 3

C правильный. Гиалуронан - это полисахарид, состоящий из различных типов моносахаридов, что делает его гетерополисахаридом. Он также широко известен как полимер или молекула, состоящая из мономеров.В этом случае моносахариды являются мономерами.

Переваривание целлюлозы - Дартмутский научный журнал

Введение

Клетчатка является важным элементом рациона человека. Было показано, что он предотвращает всасывание холестерина и сердечные заболевания, а также помогает контролировать диабет (1). Институт медицины Национальной академии наук рекомендует взрослым мужчинам потреблять не менее 38 граммов растворимой клетчатки в день - единственный вид клетчатки, который люди могут переварить (1).Другой, более распространенный тип клетчатки, нерастворимая клетчатка, проходит через пищеварительную систему человека практически в неизменном виде и не имеет питательной ценности.

Что, если бы люди могли переваривать клетчатку? Целлюлоза, основной тип нерастворимых волокон в рационе человека, также представляет собой наиболее распространенное органическое соединение на Земле (2). Практически каждое растение имеет клеточные стенки из целлюлозы, которая состоит из тысяч структурно чередующихся единиц глюкозы (рис. 1). Такая конфигурация придает целлюлозе прочность, но не дает ей взаимодействовать с ферментами человека.Целлюлоза содержит столько же энергии, что и крахмал, потому что обе молекулы состоят из субъединиц глюкозы. Эту энергию можно использовать только для сжигания древесины и других целлюлозных материалов. Однако, если бы эта энергия была физиологически доступной, люди могли бы снизить потребление пищи и производить гораздо меньше пищеварительных отходов, чем в настоящее время.

Рисунок 1: Структура целлюлозы

Пищеварительная система человека

Если не принимать во внимание переваривание целлюлозы, переваривание человека все еще является очень эффективным процессом (рис.2). Еще до того, как пища попадает в рот, слюнные железы автоматически начинают выделять ферменты и лубриканты, чтобы начать процесс пищеварения. Амилаза расщепляет крахмал во рту на простой сахар, а зубы измельчают пищу на более мелкие кусочки для дальнейшего переваривания. После проглатывания пищи соляная кислота и различные ферменты воздействуют на пищу в желудке в течение двух-четырех часов. За это время желудок поглощает глюкозу, другие простые сахара, аминокислоты и некоторые жирорастворимые вещества (3).

Рисунок 2: Органы пищеварительной системы человека.

Смесь пищи и ферментов, называемая химусом, затем попадает в тонкий кишечник, где остается в течение следующих трех-шести часов. В тонком кишечнике соки поджелудочной железы и выделения печени переваривают белки, жиры и сложные углеводы. Большая часть питательных веществ из пищи всасывается во время своего путешествия по тонкому кишечнику длиной более семи футов. Затем толстый кишечник поглощает остаточную воду и электролиты и накапливает остатки фекалий.

Хотя пищеварительная система человека достаточно эффективна, среди населения существуют расхождения в том, что люди могут или не могут переваривать. Например, около семидесяти процентов людей не могут переваривать лактозу, содержащуюся в молоке и других молочных продуктах, потому что их организм постепенно теряет способность вырабатывать лактазу (4). Люди также могут страдать от дефицита других ферментов или гормонов, которые влияют на пищеварение и всасывание, например, диабет.

Сравнительные исследования показывают, что пищеварительная система человека гораздо ближе к пищеварительной системе травоядных, чем плотоядных.У людей короткие и притупленные зубы, как у травоядных, и относительно длинный кишечник - примерно в десять раз длиннее их тела. Ободочная кишка человека также имеет мешковидную структуру, свойственную травоядным (5). Тем не менее, рот, желудок и печень человека могут выделять ферменты для переваривания почти всех видов сахара, кроме целлюлозы, которая необходима для выживания травоядных.

В случае непереносимости лактозы добавки с лактазой могут легко исправить дефицит, так что же исправляет неспособность переваривать целлюлозу?

Жвачные и термиты

Жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, козы, овцы, бизоны, буйволы, олени и антилопы - отрыгивают то, что они едят в виде жвачки, и снова пережевывают ее для дальнейшего переваривания (6).Кишечник жвачных животных по своей форме и функциям очень похож на кишечник человека (рис. 3). Ключ к специализированному пищеварению жвачных находится в рубце. Жвачные животные, как и люди, также выделяют слюну в качестве основного этапа пищеварения, но, в отличие от людей, они сначала проглатывают пищу, а затем отрыгивают ее для пережевывания. Жвачные животные имеют многокамерные желудки, и частицы пищи должны быть достаточно маленькими, чтобы проходить через сетчатую камеру в камеру рубца. Внутри рубца особые бактерии и простейшие выделяют ферменты, необходимые для расщепления различных форм целлюлозы для переваривания и всасывания.

Целлюлоза имеет множество форм, некоторые из которых сложнее и труднее расщепляются, чем другие. Некоторые микробы в рубце, такие как Fibrobacter succinogenes, , продуцируют целлюлазу, которая расщепляет более сложные формы целлюлозы в соломе, в то время как другие, такие как Ruminococci , производят внеклеточную целлюлазу, которая гидролизует более простой аморфный тип целлюлозы (7). Обычно гидролиз целлюлозы дает несколько побочных продуктов, таких как дисахариды целлобиозы и пентозы, которые полезны для микробов рубца.В результате реакции образуются другие побочные продукты, такие как метан, который в конечном итоге выделяется из жвачных животных (7). Таким образом, микробы и жвачные животные живут симбиотически, так что микробы производят целлюлазу, которая расщепляет целлюлозу для жвачных животных, получая при этом источник пищи для собственного пропитания.

Рисунок 3: Пищеварительная система жвачных

Различные микробы в составе жвачных животных могут гидролизовать определенные виды целлюлозы, но жвачные животные по-прежнему не могут есть древесину или хлопок. С другой стороны, термиты могут питаться различными видами древесины.Долгое время считалось, что термиты также зависят от микроорганизмов, которые живут внутри их тел, чтобы переваривать целлюлозу для них, но исследования в конце 1990-х годов показали, что определенные типы термитов обладают способностью производить достаточно целлюлаз и ксиланаз в средней кишке, чтобы поддерживать организм. собственное выживание (8). Однако другие виды термитов не обладают способностью самостоятельно продуцировать достаточное количество целлюлазы и должны зависеть от микробов из доменов Archaea, Eubacteria и Eucarya, чтобы расщепить целлюлозу.Независимо от различных уровней независимости термитов, между термитами и более чем 400 видами микроорганизмов существуют симбиотические отношения, аналогичные отношениям жвачных животных и их микробов (8). Кишечник термитов даже предназначен для обеспечения энергосберегающих субстратов для микробов (8). Как протисты, так и грибы связаны с производством дополнительных ферментов, но их конкретная роль и механизмы все еще обсуждаются, поскольку выделение чистых культур оказалось технически трудным. .Несмотря на повсеместное распространение этих микробов и те преимущества, которые они приносят жвачным и термитам, исследования еще не полностью выяснили их механизмы.

Современные технологии

Людей давно интересовало использование энергии целлюлозы. Однако большинство компаний и исследовательских групп сосредоточены только на способах использования этой энергии в качестве биотоплива, а не в качестве пищи. Основные исследования направлены на преобразование целлюлозного материала в этанол, хотя этот процесс все еще неэффективен и требует доработки.

Целлюлозу необходимо сначала гидролизовать до более мелких компонентов сахара, таких как глюкоза, пентоза или гексоза, прежде чем ее можно будет ферментировать в биоэтанол (9). Один метод использует кислоты для гидролиза целлюлозы, но это может разрушить большую часть сахара в процессе. Другой способ гидролиза целлюлозы - имитация микроорганизмов внутри жвачных животных и термитов. Инженеры в области биоэнергетики могут использовать ферменты, вырабатываемые микробами, для расщепления целлюлозы. Однако ферменты имеют биологические ограничения и реализуют естественное ингибирование с обратной связью, что создает проблему для промышленного производства (9).Другие технические препятствия на пути к эффективному ферментативному гидролизу включают низкую удельную активность текущих коммерческих ферментов, высокую стоимость производства ферментов и отсутствие понимания механизмов и биохимии ферментов (9).

Компании и правительства по всему миру стремятся вкладывать значительные средства в исследования по превращению биомассы в биотопливо, что может принести огромные выгоды для мировой экономики и окружающей среды. Биомасса легко доступна, биоразлагаема и устойчива, что делает ее идеальным выбором в качестве источника энергии как для развитых, так и для развивающихся стран.Это также могло бы помочь уменьшить проблемы с отходами, от которых сегодня страдает общество. Соединенные Штаты производят 180 миллионов тонн городских отходов в год, около пятидесяти процентов из которых являются целлюлозными и потенциально могут быть преобразованы в энергию с помощью правильной технологии (10).

Переваривание целлюлозы у человека

Преимущества превращения целлюлозы в биотопливо не менее важны при рассмотрении вопроса о том, как люди могут переваривать целлюлозу в качестве источника пищи. В настоящее время технологии сосредоточены на контроле гидролиза и обработки целлюлозы на заводах, но, возможно, в будущем люди могут служить машиной для извлечения энергии из целлюлозы, тем более что ферменты, используемые для гидролиза целлюлозы, трудно выделить в больших количествах для промышленного использования.Сами термиты - крошечные существа, но как колония они могут разрушать дома и целые строения. Здоровая пищеварительная система человека уже содержит около 1 кг бактерий, поэтому добавление пары дополнительных безвредных видов не должно вызывать проблем (11).

Термиты и жвачные животные служат прекрасным примером того, как организмы могут эффективно использовать микробы. Однако человеческому организму потребуются некоторые корректировки, чтобы микробы попали в организм. Наш желудок слишком кислый, чтобы выжить большинство микробов.Кислота, помимо других выделений и ферментов, попадает с пищей в тонкий кишечник, где микробы могут в конечном итоге конкурировать с нами за пищу. К тому времени, когда пища достигает толстого кишечника, остается только целлюлозный материал для обезвоживания и, возможно, гидролиза. Однако наш толстый кишечник не способен поглощать сахара, которые микробы производят в результате гидролиза. Возможно, еще один орган можно было бы добавить к концу желудочно-кишечного тракта человека, чтобы он мог особенно приспособиться к микробам, переваривающим целлюлозу.Современная медицина допускает безопасную межвидовую трансплантацию, но идеальным решением было бы генетически спроектировать людей для развития самих органов, чтобы избежать осложнений после операции и трансплантации органов. Генная инженерия с целью лечения болезней и болезней все еще является предметом интенсивных дискуссий, поэтому несущественные занятия, такие как переваривание целлюлозы, будут невозможны, пока научные и медицинские сообщества не примут генную инженерию как безопасную и практичную процедуру.

Более простым решением было бы принимать добавки, аналогичные тем, которые используются для лечения непереносимости лактозы. Целлюлоза, расщепленная в желудке, может абсорбироваться в виде глюкозы. Извлечение нужных ферментов для работы в желудке человека может обойти проблемы поддержки микробов внутри человеческого тела. Кроме того, поскольку процесс будет происходить внутри человеческого тела, ограничения, которые создают проблему для коммерческого гидролиза целлюлозы, станут необходимыми биологическими мерами контроля. В случае непереносимости лактозы лактаза легко экстрагируется из дрожжевых грибов, таких как Kluyveromyces fragilis , поэтому, возможно, самым простым решением при расстройстве пищеварения целлюлозы является извлечение соответствующего фермента из правильных микробов (12).Как упоминалось ранее, коммерческое извлечение ферментов пока нецелесообразно. Как указывалось ранее, в этой области улучшения человеческого потенциала мало исследований, поскольку компании и финансовые учреждения гораздо больше заинтересованы в прибыльной индустрии биотоплива. Следовательно, многие вопросы остаются без ответа. Например, как удаление целлюлозы из стула повлияет на процесс дефекации? Какие еще эффекты могут иметь микробы на человеческом теле? Что делать с другими побочными продуктами гидролиза целлюлозы, такими как производство метана?

Эти вопросы можно проанализировать путем наблюдения.Другие млекопитающие выжили многие тысячелетия, переваривая целлюлозу микробами, и, поскольку люди являются млекопитающими, нет никаких основополагающих причин, по которым человеческие тела не могут быть совместимы с этими организмами. Микробы, которые в настоящее время обитают в организме человека, уже производят газы в пищеварительной системе, десять процентов из которых составляют метан (3). Раньше производство метана считалось проблемой на животноводческих фермах и молочных фермах, но сам метан является высокоэнергетическим биогазом, который можно использовать в качестве топлива.Освоение этого может оказаться трудным, учитывая, что нынешние социальные могилы не благоприятствуют открытому метеоризму даже ради возобновляемых источников энергии. Однако было доказано, что определенные рационы, более богатые люцерной и льняным семенем, снижают выработку метана у коров, что потенциально может решить эту проблему (13).

Заключение

Растительность, которой в современном рационе сильно не хватает, является основным источником нерастворимой клетчатки. Овощи содержат много витаминов, питательных веществ и растворимых волокон, которые, как упоминалось во введении, имеют множество преимуществ для здоровья.Добавление этих продуктов в наш рацион после добавления способности переваривать целлюлозу может помочь смягчить эпидемию ожирения и значительно улучшить здоровье человека.

В конечном счете, улучшение пищеварения человека может значительно сократить количество отходов, производимых людьми, и повысить эффективность потребления человеком. Нам нужно только лучше наблюдать и понимать эти конкретные микробы, чтобы интегрировать их в наши тела, которые уже структурно благоприятны для таких изменений. Благодаря успешной интеграции микробов мы могли бы сократить потребление пищи, используя энергию из ранее неперевариваемой целлюлозы, уменьшить количество целлюлозных отходов, превратив их в пищу, решить проблемы нехватки продуктов питания, создав водоросли, траву, солому и даже древесину. съедобными, и со временем превратят человеческие тела в источник возобновляемой энергии.

Список литературы
1. Б. Ковач. Волокно . Доступно на http://www.medicinenet.com/fiber/article.htm (15 апреля 2010 г.).

2. Целлюлоза (2010). Доступно по адресу http://www.britannica.com/EBchecked/topic/101633/cellulose (17 апреля 2010 г.).

3. Пищеварительная система человека (2010). Доступно по адресу http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1081754/human-digestive-system (15 апреля 2010 г.)

4. Х. Б. Мелвин, Педиатрия. 118, 1279-1286 (2006).

5. М. Р. Миллс, Сравнительная анатомия питания (2009). Доступно по адресу http://www.vegsource.com/news/2009/11/the-comparative-anatomy-of-eating.html. (17 апреля 2010 г.).

6. Д. К. Черч, Физиология пищеварения и питание жвачных животных, (O&B Books, Корваллис, Орегон, 1979).

7. Р. Л. Болдуин, Р. Л., Моделирование пищеварения и метаболизма жвачных животных, (Chapman & Hall, Лондон, Великобритания, 1995).

8. Т. Абэ, Д. Э. Бигнелл, М.Хигаши, ред., Термиты: эволюционная социология, симбиоз, экология, (Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды, 2000).

9. А. Демирбас, Биотопливо ( Springer-Verlag London Limited, Лондон, Великобритания, 2009).

10. С. Ли, Альтернативные виды топлива (Тейлор и Фрэнсис, Вашингтон, округ Колумбия, 1995).

11. Дружественные бактерии в пищеварительной системе (2000). Доступно на http://www.typesofbacteria.co.uk/friendly-bacteria-digestive-system.html (19 апреля 2010 г.).

12. Лактаза (2006). Доступно по адресу http://www.vitamins-supplements.org/digestive-enzymes/lactase.php (20 апреля 2010 г.).

13. Л. Кауфман, Озеленение стада: новая диета для ограничения потребления газа (2009). Доступно по адресу http://www.nytimes.com/2009/06/05/us/05cows.html (20 апреля 2010 г.).


Структуры и функции растительных клеток

Клетка была впервые обнаружена в 1665 году английским ученым Робертом Гук. Глядя в микроскоп, он наблюдал крошечные коробчатые объекты в срезе пробки (кора дуба) и назвал эти коробки ячейками .Клетки - это основные единицы жизни, из которых состоит все живое. Эта идея лежит в основе теории клеток .

Теория клеток

Три основных части теории клетки:

  1. Все живое состоит из клеток.
  2. Клетка - это основная единица структуры и функций всего живого.
  3. Клетки происходят только из других ранее существовавших клеток при делении клеток .
Клетки на поперечном срезе стебля растения (Источник: RolfDieterMueller [CC BY 3.0] через Wikimedia Commons).

В то время как некоторые организмы одноклеточные, другие состоят из множества клеток. Эти организмы называются многоклеточными (имеющими много клеток). Ячейки различаются по размеру и сложности.

Эукариоты - это организмы, состоящие из больших и сложных клеток, тогда как прокариоты - это организмы, состоящие из маленьких и простых клеток. Животные и растения являются примерами эукариот (имеют эукариотических клеток ), в то время как бактерии являются примерами прокариот (имеют прокариотических клеток ).

Структура и функции растительной клетки

Несмотря на различия в размере и сложности, все клетки в основном состоят из одних и тех же веществ и все они выполняют одинаковые жизненные функции. К ним относятся рост, метаболизм и размножение путем деления клеток.

Клетки состоят из субклеточных структур, которые отвечают за различные специфические функции. Эти структуры известны как органеллы . Некоторые из этих органелл являются общими как для животных, так и для растительных клеток.В этом разделе мы остановимся на тех частях, которые есть у растений.

Клеточные структуры (клеточные органеллы) Структуры клеток растений (ключ к нумерации см. Ниже) (Источник: Let's Talk Science с использованием изображения jack0m с сайта iStockphoto).

  1. Клеточная стенка: Это жесткий внешний слой растительной клетки. Это делает ячейку жесткой, обеспечивая ячейку механической опорой и обеспечивая ей защиту. Клетки животных не имеют клеточных стенок.
  2. Клеточная мембрана: Это защитный слой, который окружает каждую клетку и отделяет ее от внешней среды.Он находится внутри клеточной стенки и состоит из комплекса липидов (жиры) и белков .
  3. Цитоплазма: Цитоплазма представляет собой густой водный раствор (на водной основе), в котором находятся органеллы. Такие вещества, как соли, питательные вещества, минералы и ферменты (молекулы, участвующие в метаболизме) растворяются в цитоплазме.
  4. Ядро: Ядро является «центром управления» клетки. Он содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) , генетический материал, который управляет всей деятельностью клетки.Только эукариотические клетки имеют ядер (множественное число для ядер ), прокариотические клетки нет. Ядро отделено от цитоплазмы специальной мембраной под названием
  5. .
  6. Ядерная мембрана .
  7. Рибосомы: Это маленькие круглые структуры, которые производят белки. Они находятся в цитоплазме или прикрепляются к эндоплазматической сети.
  8. Эндоплазматический ретикулум (ER): ER - это мембранная система складчатых мешочков и туннелей.ER помогает перемещать белки внутри клетки, а также экспортировать их за пределы клетки. Существует два типа эндоплазматической сети.
  9. Шероховатая эндоплазматическая сеть . Шероховатая эндоплазматическая сеть покрыта рибосомами.
  10. Гладкая эндоплазматическая сеть (без рибосом)
  11. Тело Гольджи: Тело Гольджи представляет собой набор покрытых мембраной мешочков, которые подготавливают белки для экспорта из клетки.
  12. Митохондрия (множественное число: , митохондрий, , ): это «электростанция» клетки.Он преобразует энергию, запасенную в пище (сахар и жир), в богатые энергией молекулы, которые клетка может использовать ( Аденозинтрифосфат - АТФ для краткости).
  13. Лизосома: Лизосома - это пищеварительный центр клетки, который производит множество различных типов ферментов, которые способны расщеплять частицы пищи и перерабатывать изношенные компоненты клетки.
  14. Vacuoles: Это большие отсеки с мембранами, в которых хранятся токсичные отходы, а также полезные продукты, такие как вода.В основном они содержатся в растениях.
  15. Хлоропласт: Хлоропласты содержат зеленый пигмент, который улавливает солнечный свет и превращает его в сахара с помощью процесса, называемого фотосинтезом. Сахар является источником энергии для растений и животных, которые их едят.

Что делает клетки растений уникальными

  1. Растительные клетки имеют клеточную стенку.

Клетки растений отличаются от клеток животных во многих отношениях. Пожалуй, наиболее очевидным отличием является наличие клеточной стенки.Клеточная стенка обеспечивает растению силу и поддержку, во многом как экзоскелет насекомого или паука (наш скелет находится внутри нашего тела, а не снаружи, как насекомые или пауки).

Стенка растительной клетки в основном состоит из углеводов, молекул, целлюлозы и лигнина . Целлюлоза широко используется людьми для изготовления бумаги. Целлюлозу также можно преобразовать в целлюлозный этанол , вид биотоплива .Некоторые животные, такие как коровы, овцы и козы, могут переваривать целлюлозу с помощью бактерий в желудке. Люди не могут переваривать целлюлозу, которая проходит через наш организм и более известна как пищевые волокна, то есть то, что мы должны есть, чтобы наши отходы двигались должным образом! Лигнин заполняет промежутки между целлюлозой и другими молекулами в клеточной стенке. Лигнин также помогает молекулам воды перемещаться от одной стороны клеточной стенки к другой - важная функция у растений.

  1. Растительные клетки содержат вакуоли.

Большинство клеток взрослых растений имеют одну большую вакуоль, которая занимает более 30% объема клетки. В определенное время и при определенных условиях вакуоль занимает до 80% объема клетки! В дополнение к хранению отходов и воды, вакуоль также помогает поддерживать ячейку, потому что жидкость внутри вакуоли оказывает внешнее давление на ячейку, подобно воде внутри водяного баллона. Это называется тургорным давлением и препятствует разрушению клеток внутрь.

  1. Растительные клетки содержат хлоропласты.

В отличие от клеток животных, клетки растений могут использовать энергию Солнца, хранить ее в химических связях сахара, а затем использовать эту энергию. Органелла, отвечающая за это, - хлоропласт. Хлоропласты содержат хлорофилл , зеленый пигмент, который придает цвет листьям и поглощает световую энергию. Цианобактерии , тип прокариот, способный к фотосинтезу, считаются предками хлоропластов!

Хлоропласты (Источник: Kristian Peters -Fabelfroh [CC BY-SA 3.0] через Wikimedia Commons).

Знаете ли вы?

Красные водоросли (многоклеточные морские водоросли) имеют хлоропласты, которые содержат пигмент фикобилин, а не хлорофилл, который придает им красноватый, а не зеленый цвет.

Клетки растений и животных также имеют много общих органелл, включая ядро, клеточную мембрану (называемую плазматической мембраной у животных), эндоплазматический ретикулум, митохондрии и цитоплазму, а также некоторые другие.

Зачем это нужно?

Пищевые волокна, также известные как грубые корма, являются неперевариваемой частью растительной пищи.Клетчатка имеет множество преимуществ для здоровья, в том числе снижает риск сердечных заболеваний и диабета 2 типа.

Клетчатка в основном содержится в овощах, фруктах, цельнозерновых и бобовых. Существует два типа клетчатки - растворимая и нерастворимая, и обе они играют важную роль для здоровья:

  • Нерастворимая клетчатка не растворяется в воде и увеличивает объем стула, предотвращая запоры.
  • Растворимая клетчатка впитывает воду, образуя гелеобразное вещество в пищеварительной системе. Растворимая клетчатка может помочь снизить уровень холестерина и регулировать уровень сахара в крови.

В этой статье рассматриваются различные типы клетчатки, почему они важны, и предлагаются некоторые полезные для здоровья продукты, богатые клетчаткой.

Пищевые волокна - неотъемлемая часть здорового питания. Это крайне важно для поддержания здоровья кишечника и снижения риска хронических заболеваний.

Большинство людей в Соединенных Штатах не получают достаточного количества клетчатки из своего рациона. По некоторым оценкам, только 5% населения соблюдают соответствующие рекомендации по потреблению. Это означает, что большинство людей в U.S. может получить пользу для здоровья от увеличения ежедневного потребления клетчатки.

Потребление клетчатки имеет много преимуществ для здоровья:

Защита от сердечных заболеваний

Несколько исследований за последние несколько десятилетий изучали влияние пищевых волокон на здоровье сердца, в том числе предотвращение сердечно-сосудистых заболеваний и снижение артериального давления.

Обзор исследований 2017 года показал, что у людей, употребляющих пищу с высоким содержанием клетчатки, значительно снизился риск сердечно-сосудистых заболеваний и более низкая смертность от этих состояний.

Авторы говорят, что эти защитные эффекты на сердце могут быть вызваны тем, что клетчатка снижает общий холестерин и холестерин липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), также называемый «плохим холестерином», который является основным риском сердечных заболеваний.

Улучшение здоровья кишечника

Клетчатка важна для поддержания здоровья кишечника. Употребление достаточного количества клетчатки может предотвратить или облегчить запор, помогая отходам беспрепятственно перемещаться по телу. Он также поддерживает здоровую микробиоту кишечника.

Согласно обзору 2015 года, пищевые волокна увеличивают объем стула, способствуют регулярному опорожнению кишечника и сокращают время, которое отходы проводят в кишечнике.

Согласно обзору 2009 г., пищевые волокна положительно влияют на желудочно-кишечные расстройства, в том числе:

  • колоректальную язву
  • грыжи пищеводного отверстия диафрагмы
  • Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь
  • дивертикулярная болезнь
  • геморрой
  • потребление может снизить риск рака прямой кишки.

    Снижение риска диабета

    Увеличение количества клетчатки в рационе также может принести пользу при диабете.Клетчатка может помочь замедлить усвоение сахара организмом, помогая предотвратить скачки сахара в крови после еды.

    В обзоре 2018 года сообщается, что люди, которые придерживались диеты с высоким содержанием клетчатки, особенно зерновой, имели более низкий риск развития диабета 2 типа. Эти люди также сообщили о небольшом снижении уровня глюкозы в крови.

    Управление весом

    Людям, стремящимся похудеть, диета с высоким содержанием клетчатки может помочь регулировать потерю веса. Продукты с высоким содержанием клетчатки помогают человеку дольше чувствовать себя сытым и могут помочь людям придерживаться диеты.

    В исследовании 2019 года исследователи пришли к выводу, что люди, которые увеличили потребление пищевых волокон, увеличили потерю веса и приверженность ограничению калорийности питания.

    Волокно включает некрахмальные полисахариды, такие как целлюлоза, декстрины, инулин, лигнин, хитины, пектины, бета-глюканы, воски и олигосахариды.

    Растворимая и нерастворимая пищевые волокна - это два типа.

    Большинство продуктов с высоким содержанием клетчатки содержат как нерастворимую, так и растворимую клетчатку, поэтому людям не нужно много думать о разнице.Вместо этого они могут сосредоточиться на общем потреблении клетчатки.

    Растворимая клетчатка

    Растворимая клетчатка растворяется в воде и образует гелеобразное вещество в желудке. Позже бактерии разрушают гель в толстой кишке. Растворимая клетчатка дает человеку немного калорий.

    Растворимая клетчатка обеспечивает следующие преимущества:

    • снижение холестерина ЛПНП в крови за счет воздействия на то, как организм усваивает пищевые жиры и холестерин
    • замедление всасывания других углеводов через пищеварение, что может помочь регулировать уровень сахара в крови растворимой клетчатки включают:

      • бобы
      • фрукты
      • овес
      • орехи
      • овощи

      Нерастворимые волокна

      Нерастворимые волокна не растворяются в воде и проходят через желудочно-кишечный тракт, в основном в неизменном виде.Он не содержит калорий.

      Нерастворимая клетчатка способствует увеличению объема стула, помогая человеку быстрее его дефектировать. Это также может помочь предотвратить запор.

      Хорошие источники нерастворимой клетчатки:

      • фрукты
      • орехи
      • овощи
      • цельнозерновые продукты

      Для получения дополнительных научно обоснованных ресурсов по питанию посетите наш специализированный центр.

      По данным Академии питания и диетологии, рекомендуемое потребление пищевых волокон при диете на 2000 калорий составляет:

      • 25 граммов (г) в день для взрослых женщин
      • 38 г в день для взрослых мужчин

      человек после 50 лет требуется меньше клетчатки - около 21 г для женщин и 30 г для мужчин.Во время беременности или кормления грудью женщинам следует стремиться к потреблению не менее 28 г в день.

      Узнайте больше о ежедневных рекомендациях по употреблению клетчатки.

      Людям, страдающим аллергией на продукты с высоким содержанием клетчатки, трудно получить достаточное количество клетчатки. Им следует поговорить со своим врачом о поиске источников клетчатки, которые не вызовут аллергической реакции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *