Біологія 9 клас НУШ Урок 5: Будова та функції вуглеводів: моносахариди, дисахариди, полісахариди

Біологія 9 клас НУШТема 2. Біохімія життя. Урок 5: Будова та функції вуглеводів: моносахариди, дисахариди, полісахариди

Що спільного між цими об'єктами?А що спільного між глюкозою в крові, крохмалем у картоплі, глікогеном у м'язах і целюлозою в деревині?

ЩО ТАКЕ ВУГЛЕВОДИ?Вуглеводи — це органічні сполуки, до складу яких переважно входять атоми: Карбону (C), Гідрогену (H) та Оксигену (O). Традиційно для багатьох вуглеводів використовують загальний запис: Cₙ(H₂O)ₘСаме тому історично виникла назва «вуглеводи» — ніби сполуки Карбону з «водою». Але важливо!Не всі вуглеводи точно відповідають цій формулі, тому її не можна вважати універсальною формулою всіх вуглеводів.

ЧОМУ ВУГЛЕВОДИ ТАК ВАЖЛИВІ?⚡ 1. Енергетична функція Глюкоза окиснюється в клітинах і забезпечує організм енергією.глюкоза + O₂ → CO₂ + H₂O + енергія

2. Запасаюча функція. Організми можуть створювати запаси вуглеводів. Це своєрідна: «біологічна комора енергії»

3. Структурна. Деякі вуглеводи утворюють міцні структури.

4. Інформаційна та складова. Деякі вуглеводи є компонентами складніших біологічних молекул. Тобто вуглеводи «працюють» навіть там, де ми найменше очікуємо їх побачити — у молекулах спадкової інформації.

5. Рецепторна та розпізнавальна. Вуглеводні компоненти на поверхні клітин можуть брати участь у:

КЛАСИФІКАЦІЯ ВУГЛЕВОДІВЗа кількістю структурних одиниць вуглеводи поділяють на:

МОНОСАХАРИДИМоносахариди — найпростіші вуглеводи, молекули яких не можна розкласти гідролізом на простіші вуглеводи.Їх ще часто називають: простими цукрами. Багато моносахаридів мають солодкий смак і добре розчиняються у воді.

Основні моносахариди1. Глюкоза. Формула: C₆H₁₂O₆Глюкоза — один із найважливіших моносахаридів живих організмів.Її можна знайти:🍇 у винограді🍯 у меді🍎 у фруктах🩸 у крові людини та тварин. Основна функція:⚡ ЕНЕРГЕТИЧНАГлюкоза є одним із головних субстратів клітинного дихання.Її енергія використовується клітинами для виконання роботи.

2. Фруктоза. Також має формулу: C₆H₁₂O₆Фруктоза міститься у:фруктах; меді; деяких овочах. Фруктоза є одним із найсолодших природних моносахаридів.

3. Рибоза. Формула: C₅H₁₀O₅Рибоза надзвичайно важлива тому, що входить до складу: РНКА також бере участь у побудові молекул, пов'язаних з енергетичним обміном, зокрема АТФ.

4. Дезоксирибоза. Дезоксирибоза — п'ятивуглецевий моносахарид. Вона входить до складу: ДНКСаме тому її значення пов'язане зі:🧬 збереженням🧬 передаванням🧬 реалізацієюспадкової інформації.

Важливий висновок. Не всі моносахариди потрібні організму лише як «паливо». Одні:⚡ дають енергію,інші:🧬 входять до складу складних біомолекул.

ДИСАХАРИДИДисахариди — це вуглеводи, молекули яких складаються з двох моносахаридних залишків, сполучених між собою хімічним зв'язком. Під час утворення дисахариду між моносахаридами формується: глікозидний зв'язок

Основні дисахариди1. Сахароза. Сахароза = глюкоза + фруктоза. Це звичайний:🍚 столовий цукор. Міститься також у:🌱 цукровому буряку🌱 цукровій тростині. Функція: Переважно енергетична.

2. Лактоза. Лактоза = глюкоза + галактоза. Лактоза — це:молочний цукор. Міститься в молоці ссавців. У травному тракті людини лактоза розщеплюється ферментом лактазою.

3. Мальтоза. Мальтоза — дисахарид, утворений двома залишками глюкози. Вона може утворюватися під час розщеплення крохмалю.

7. ПОЛІСАХАРИДИПолісахариди — складні вуглеводи, молекули яких складаються з великої кількості моносахаридних залишків, сполучених глікозидними зв'язками. Уявімо: Моносахарид:🟢Дисахарид:🟢—🟢Полісахарид:🟢—🟢—🟢—🟢—🟢—🟢—🟢—🟢... Тобто організм може «з'єднувати» багато маленьких молекулярних ланок у велику молекулу.

8. КРОХМАЛЬКрохмаль — запасний полісахарид рослин. Він накопичується у:🥔 картоплі🌽 зерні кукурудзи🌾 зернових культурах🍚 рисі🫘 деяких насінинах. Крохмаль складається переважно із залишків глюкози. Його молекули можуть бути представлені двома основними типами структурних компонентів:амілозою; амілопектином.

Функція крохмалю ЗАПАСАЮЧАРослина перетворює надлишок продуктів фотосинтезу на крохмаль і відкладає його про запас. У разі потреби крохмаль розщеплюється до простіших вуглеводів. Схема: Фотосинтез утворення органічних речовин глюкоза крохмаль запас

9. ГЛІКОГЕНГлікоген — запасний полісахарид тварин і грибів. У тварин він накопичується переважно:🫀 у печінці💪 у м'язах. Глікоген складається із залишків глюкози та має розгалужену будову. Чому саме розгалужена будова?Це дозволяє досить швидко відщеплювати від нього глюкозні залишки, коли організму потрібна енергія. Наприклад:🏃 людина біжить. Потрібно більше енергії.⬇Розщеплюється глікоген.⬇Утворюються доступні для обміну речовини.⬇⚡ клітини отримують енергію.

10. ЦЕЛЮЛОЗАЦелюлоза — один із найпоширеніших органічних полімерів у природі. Вона є основним компонентом:🌱 клітинної стінки рослин. Міститься у:🌳 деревині🌿 стеблах🍃 листках🌾 соломі🍎 рослинних волокнах.

Чому целюлоза міцна?Молекули целюлози утворені довгими ланцюгами глюкозних залишків. Ці ланцюги можуть об'єднуватися між собою та утворювати міцні волокна. Тому:будова → визначає властивості → властивості визначають функцію.

А ЧОМУ ЛЮДИНА НЕ ПЕРЕТРАВЛЮЄ ЦЕЛЮЛОЗУ?Целюлоза складається з глюкозних залишків, але людина не може ефективно розщеплювати її до глюкози, тому що в травній системі людини немає ферменту целюлази, здатного розривати характерні для целюлози β-глікозидні зв'язки. Але це не означає, що клітковина непотрібна!Целюлоза та інші харчові волокна:стимулюють роботу кишечника; сприяють нормальному травленню; впливають на мікробіоту кишечника; допомагають формувати харчову масу.

11. ХІТИНЩе один надзвичайно цікавий полісахарид. Хітин міститься:🦀 у покривах ракоподібних🦗 у зовнішньому скелеті комах🍄 у клітинних стінках грибів. Хітин має структурну функцію. Він забезпечує:🛡 міцність і захист.

ПОРІВНЯННЯ ОСНОВНИХ ВУГЛЕВОДІВВуглевод. Група. Де міститься. Основна функція. Глюкозамоносахаридклітини, кров, фрукти⚡ енергетична. Фруктозамоносахаридфрукти, мед⚡ енергетична. Рибозамоносахарид. РНК, АТФ та ін.🧬 структурна. Сахарозадисахаридцукровий буряк, тростина⚡ енергетична. Лактозадисахаридмолоко⚡ енергетична. Мальтозадисахаридпродукт розщеплення крохмалю⚡ енергетична. Крохмальполісахаридрослини, насіння, бульби📦 запасаюча. Глікогенполісахаридпечінка, м'язи тварин📦 запасаюча. Целюлозаполісахаридклітинні стінки рослин🧱 структурна. Хітинполісахаридчленистоногі, гриби🛡️ структурна

Запам'ятаємо: БУДОВА → ВЛАСТИВОСТІ → ФУНКЦІЯПриклад 1 Глюкозаневелика молекула легко вступає в реакції обміну швидке джерело енергії. Приклад 2 Глікогенвелика, розгалужена молекула може швидко розщеплюватися забезпечує організм доступними запасами глюкози. Приклад 3 Целюлозадовгі ланцюги, що утворюють волокна міцність опора клітинної стінки рослини.

14. ЕНЕРГЕТИЧНА ЦІННІСТЬВуглеводи мають велике значення як джерело енергії. У середньому при окисненні:1 г вуглеводів → приблизно 4 ккал енергіїабо приблизно:17 к. Дж. Для порівняння:ліпіди → близько 9 ккал/г. Тому жири є більш концентрованим енергетичним запасом, але вуглеводи відіграють особливо важливу роль як доступне джерело енергії.

ВУГЛЕВОДИ В ХАРЧУВАННІ ЛЮДИНИВуглеводи ми отримуємо з:🌾 хліба🍚 круп🥔 картоплі🍎 фруктів🥕 овочів🫘 бобових🥛 молочних продуктів🍯 меду. Важливо розрізняти:прості цукритаскладні вуглеводи. Раціон людини має бути різноманітним і збалансованим.

«УСІ ВУГЛЕВОДИ — ЦЕ ЦУКОРИ?»Ні!Це дуже поширена помилка. До вуглеводів належать:🍬 глюкоза🍭 сахароза🌾 крохмаль🌳 целюлоза Отже: Вуглеводи ≠ тільки солодощі.🦗 хітин. Але вони дуже різні за:будовою; властивостями; розчинністю; смаком; функціями.

ІГРОВЕ ЗАВДАННЯ «ВПІЗНАЙ ВУГЛЕВОД»№1«Я є основним швидкодоступним джерелом енергії для клітини».№2«Я накопичуюся в бульбах картоплі».№3«Я запасаюся у печінці та м'язах».№4«Я формую клітинну стінку рослин».№5«Я входжу до складу РНК».№6«Я входжу до складу зовнішнього скелета комах».

КОМПЕТЕНТНІСНИЙ КЕЙС «РОСЛИНА ЧИ ТВАРИНА?»🌱 КРОХМАЛЬ🐾 ГЛІКОГЕНПитання: Чому рослини запасають переважно крохмаль, а тварини — глікоген?Учні повинні не просто назвати відповідь, а пояснити:де → у кого → навіщо → яка функція.

ЦІКАВА «МОЛЕКУЛЯРНА МЕТАФОРА»🟢 Моносахаридодна деталь конструктора🟢—🟢 Дисахариддві з'єднані деталі🟢—🟢—🟢—🟢—🟢 Полісахариддовгий ланцюг деталей. Але!Якщо з однакових деталей створити різні конструкції, вони можуть мати зовсім різні властивості. Саме тому:однакові або подібні структурні одиниці, з'єднані по-різному, можуть створювати речовини з різними властивостями та функціями.

МІНІ-ДОСЛІД «ДЕ Є КРОХМАЛЬ?»Реактив: розчин йоду. Йод використовують для якісного виявлення крохмалю. При наявності крохмалю спостерігається характерне:🔵 синьо-фіолетове / синьо-чорне забарвлення. Можна дослідити:🥔 картоплю🍞 хліб🍚 рис🍎 яблуко. Учні прогнозують результат до проведення досліду. Алгоритм: Гіпотеза → дослід → спостереження → результат → висновок.

ЗАВДАННЯ «ЗНАЙДИ ПОМИЛКУ»«Крохмаль — це моносахарид, який є основним джерелом енергії тварин». Знайдіть дві помилки. Правильно: ?

«ВУГЛЕВОДИ — СИСТЕМА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ БЕЗПЕКИ»Уявімо організм як місто.⚡ Глюкоза — паливо для електростанції.📦 Крохмаль / глікоген — складські запаси.🧱 Целюлоза / хітин — будівельні та захисні матеріали.🧬 Рибоза / дезоксирибоза — частини молекулярної системи збереження інформації. Тобто: Вуглеводи — це не просто «цукор». Це енергія, запас, будівництво, захист та участь у збереженні біологічної інформації.

«У природі немає зайвих молекул. Маленька молекула глюкози може стати енергією. Сотні й тисячі таких молекул можуть перетворитися на запас або міцну структуру. Саме тому в біології надзвичайно важливо запам'ятати не тільки назву речовини, а зрозуміти:🧬 ЯКА ЇЇ БУДОВА?⚙️ ЯКІ ВЛАСТИВОСТІ?🎯 ЯКА ФУНКЦІЯ?»«Розумій, як працюють молекули, — і ти краще розумітимеш, як працює життя!»

Лабораторне дослідження №1 Виділення та дослідження властивостей ліпідів (олії) та вуглеводів (глюкози, сахарози, крохмалю, целюлози). Мета: Дослідити фізико-хімічні властивості та якісні реакції на ліпіди та вуглеводи шляхом моделювання та спостереження віртуальних експериментів. Обладнання та матеріали. Реагенти: Соняшникова олія, вода, етиловий спирт, розчин глюкози, розчин сахарози, суспензія крохмалю, шматочки фільтрувального паперу (целюлоза), розчин люголю (йоду), якісний реагент для глюкози (розчин Cu(OH)2). Лабораторний посуд: пробірки, штатив, піпетки, пальники, скляні палички.

Хід роботи. Частина 1. Дослідження властивостей ліпідів (олії)Дослід 1. Розчинність олії у воді та органічних розчинниках https://www.youtube.com/watch?v=s. LHd9zn. Dv8 I&t=14s. У пробірку №1 додайте 2 мл води та 3-4 краплі соняшникової олії. Інтенсивно струсіть. У пробірку №2 додайте 2 мл спирту та 3-4 краплі соняшникової олії. Струсіть. Спостереження: У пробірці №1 олія збирається на поверхні краплями (емульсія швидко розшаровується). У пробірці №2 олія розчиняється.

Дослід 2. Виявлення ліпідів за допомогою паперової проби. Нанесіть краплю олії на фільтрувальний папір. Злегка підігрійте папір. Спостереження: На папері залишається жирна прозора пляма, яка не зникає при висиханні.

Частина 2. Дослідження властивостей та якісних реакцій вуглеводів. Дослід 3. Розчинність вуглеводів у воді https://www.youtube.com/watch?v=f-v. URJp7k. M0&t=174s. Додайте у чотири пробірки відповідно: глюкозу, сахарозу, крохмаль та шматочок целюлози (паперу). Додайте до кожної пробірки по 3 мл води кімнатної температури та перемішайте. Спостереження: Глюкоза й сахароза легко розчиняються; крохмаль утворює мутну суспензію (при нагріванні — клейстер); целюлоза не розчиняється.

Дослід 4. Якісна реакція на крохмаль (Йодна проба) https://www.youtube.com/watch?v=Ijfb5 WEwxt. Y&t=2s. У пробірку з крохмальним клейстером додайте 1-2 краплі розчину люголю (йоду). Спостереження: З'являється темно-синє (синє-фіолетове) забарвлення. При нагріванні колір зникає, при охолодженні — відновлюється.

Дослід 5. Якісна реакція на глюкозу (Реакція з свіжоосадженим Cu(OH)2)https://www.youtube.com/watch?v=c. PW_Sa. At. Qg. UДо розчину глюкози додайте блакитний осад Cu(OH)2 та обережно нагрійте у верхній частині пробірки. Спостереження: Початковий блакитний колір змінюється на жовтий, а після нагрівання утворюється яскраво-цегляно-червоний осад (Cu2 O).

Речовина. Клас сполук. Розчинність у водіРезультат якісної реакції / специфічна властивість. Соняшникова олія. Глюкоза. Сахароза. Крохмаль. Целюлоза. Таблиця для оформлення результатів

Контрольні запитання та висновок. Чому олія не розчиняється у воді, але розчиняється в спирті?За допомогою якого реагенту можна швидко відрізнити розчин крохмалю від розчину глюкози?Які біологічні функції виконують досліджені полісахариди (крохмаль та целюлоза) у рослинному організмі?Шаблон для підсумкового висновку:«Під час лабораторного дослідження ми вивчили властивості ліпідів та вуглеводів. З'ясували, що ліпіди є _________ (гідрофільними/гідрофобними), тому розчиняються лише в _________. Вуглеводи поділяються на моно-, ди- та полісахариди. Моносахариди (глюкоза) є _________ у воді, а полісахариди (целюлоза) — _________. Для виявлення крохмалю використовують качественную реакцію з _________, яка дає _________ забарвлення.»

Обов'язковий рівень. Опрацювати матеріал уроку. Творчий рівень. Створити мініінфографіку: «7 вуглеводів, без яких життя було б іншим»або. STEM-кейс: «Чому після фізичного навантаження організму потрібна енергія і до чого тут глікоген?»