Svojstva i struktura ugljikohidrata. Funkcije ugljikohidrata

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Ljudskom tijelu, kao i drugim živim bićima, potrebna je energija. Bez toga se ne mogu odvijati nikakvi procesi. Uostalom, svaka biohemijska reakcija, svaki enzimski proces ili faza metabolizma treba izvor energije.

Stoga je značaj supstanci koje organizmu daju snagu za život veoma velik i važan. Koje su to supstance? Ugljikohidrati, proteini, masti. Struktura svakog od njih je drugačija, pripadaju potpuno različitim klasama kemijskih spojeva, ali jedna od funkcija im je slična - obezbjeđivanje tijela potrebnom energijom za život. Razmotrimo jednu grupu navedenih supstanci - ugljikohidrate.

Klasifikacija ugljikohidrata

Sastav i struktura ugljikohidrata od njihovog otkrića određena je njihovim imenom. Zaista, prema ranim izvorima, vjerovalo se da je to grupa spojeva u čijoj strukturi postoje atomi ugljika povezani s molekulima vode.

Detaljnija analiza, kao i akumulirane informacije o raznolikosti ovih supstanci, omogućile su da se dokaže da nemaju svi predstavnici samo takav sastav. kako godova karakteristika je još uvijek jedna od onih koja određuje strukturu ugljikohidrata.

Savremena klasifikacija ove grupe jedinjenja je sljedeća:

1. Monosaharidi (riboza, fruktoza, glukoza, itd.).
2. Oligosaharidi (bioze, trioze).
3. Polisaharidi (škrob, celuloza).

Takođe, svi ugljikohidrati se mogu podijeliti u sljedeće dvije velike grupe:

• restoring;
• bez obnavljanja.

Struktura molekula ugljikohidrata svake grupe će biti razmotrena detaljnije.

Monosaharidi: karakteristike

Ova kategorija uključuje sve jednostavne ugljikohidrate koji sadrže aldehidnu (aldozu) ili ketonsku (ketozu) grupu i ne više od 10 atoma ugljika u strukturi lanca. Ako pogledate broj atoma u glavnom lancu, onda se monosaharidi mogu podijeliti na:

• trioze (gliceraldehid);
• tetroze (eritruloza, eritroza);
• pentoze (riboza i deoksiriboza);
• heksoze (glukoza, fruktoza).

Svi ostali predstavnici nisu toliko važni za tijelo kao oni koji su navedeni.

Karakteristike strukture molekula

Monoze se po svojoj strukturi mogu predstaviti i u obliku lanca i u obliku cikličnog ugljikohidrata. Kako se to događa? Stvar je u tome što je centralni atom ugljika u spoju asimetrično središte oko kojeg se molekula u otopini može rotirati. Tako nastaju optički izomeri monosaharida L- i D-oblika. Gdeformula glukoze, napisana u obliku pravog lanca, može se mentalno shvatiti od strane aldehidne grupe (ili ketona) i uvaljati u loptu. Dobiće se odgovarajuća ciklička formula.

Hemijska struktura ugljikohidrata iz serije monoz je prilično jednostavna: određeni broj atoma ugljika koji formiraju lanac ili ciklus, od kojih su hidroksilne grupe i atomi vodonika smješteni na različitim ili na istoj strani. Ako su sve strukture istog imena na jednoj strani, tada nastaje D-izomer, ako su različite s izmjenom jedna na drugu, tada nastaje L-izomer. Ako zapišemo opštu formulu najčešćeg predstavnika glukoznih monosaharida u molekularnom obliku, ona će izgledati ovako: _{. Štaviše, ovaj zapis odražava i strukturu fruktoze. Na kraju krajeva, hemijski, ove dvije monoze su strukturni izomeri. Glukoza je aldehidni alkohol, fruktoza je keto alkohol.}

Struktura i svojstva ugljikohidrata brojnih monosaharida usko su međusobno povezani. Zaista, zbog prisustva aldehidnih i ketonskih grupa u sastavu strukture, oni pripadaju aldehidnim i keto alkoholima, što određuje njihovu hemijsku prirodu i reakcije u koje mogu da uđu.

Dakle, glukoza pokazuje sljedeća hemijska svojstva:

1. Reakcije zbog prisustva karbonilne grupe:

• oksidacija - reakcija "srebrnog ogledala";
• sa svježe istaloženim bakrovim (II) hidroksidom - aldonskom kiselinom;
• jaka oksidirajuća sredstva mogu formirati dvobazne kiseline (aldarne), pretvarajući ne samo aldehid, već i jednu hidroksilnu grupu;
• oporavak - pretvoren u polihidrične alkohole.

2. Molekul također sadrži hidroksilne grupe, što odražava strukturu. Podaci o grupiranju utječu na svojstva ugljikohidrata:

• sposobnost alkilacije - formiranje etera;
• acilacija - formiranje estera;
• kvalitativne reakcije za bakar (II) hidroksid.

3. Visoko specifične osobine glukoze:

• butyric;
• alkohol;
• fermentacija mliječne kiseline.

Funkcije koje se obavljaju u tijelu

Struktura i funkcija ugljikohidrata iz serije monoses su usko povezani. Potonji se, prije svega, sastoje od sudjelovanja u biohemijskim reakcijama živih organizama. Kakvu ulogu u tome imaju monosaharidi?

1. Osnova za proizvodnju oligo- i polisaharida.
2. Pentoze (riboza i deoksiriboza) su najvažniji molekuli uključeni u formiranje ATP-a, RNK, DNK. A oni su, zauzvrat, glavni dobavljači nasljednog materijala, energije i proteina.
3. Koncentracija glukoze u ljudskoj krvi je pravi pokazatelj osmotskog pritiska i njegovih promjena.

Oligosaharidi: struktura

Struktura ugljenih hidrata ove grupe svodi se na prisustvo dva (dioze) ili tri (trioze) molekula monosaharida u sastavu. Postoje i oni koji uključuju 4, 5 ili više struktura (do 10), ali najčešći su disaharidi. Odnosno, tokom hidrolizespojevi se razgrađuju u glukozu, fruktozu, pentozu i tako dalje. Koja jedinjenja spadaju u ovu kategoriju? Tipičan primjer je saharoza (obični šećer od trske), laktoza (glavna komponenta mlijeka), m altoza, laktuloza, izom altoza.

Hemijska struktura ugljikohidrata ove serije ima sljedeće karakteristike:

1. Opća formula molekularne vrste: C₁₂H₂₂O_11.
2. Dva identična ili različita monoza ostatka u disaharidnoj strukturi povezana su jedan s drugim pomoću glikozidnog mosta. Priroda ovog spoja će odrediti sposobnost redukcije šećera.
3. Smanjenje disaharida. Struktura ugljikohidrata ove vrste sastoji se od formiranja glikozidnog mosta između hidroksilnih aldehidnih i hidroksilnih grupa različitih mono molekula. To uključuje: m altozu, laktozu i tako dalje.
4. Nereducira - tipičan primjer saharoze - kada se formira most između hidroksila samo odgovarajućih grupa, bez učešća aldehidne strukture.

Dakle, struktura ugljikohidrata može se ukratko predstaviti kao molekularna formula. Ako je potrebna detaljna detaljna struktura, onda se ona može prikazati korištenjem Fisherovih grafičkih projekcija ili Haworthovih formula. Konkretno, dva ciklična monomera (monoze) su ili različiti ili identični (u zavisnosti od oligosaharida), međusobno povezani glikozidnim mostom. Prilikom izgradnje treba uzeti u obzir sposobnost vraćanja kako bi se veza ispravno prikazala.

Primjeri molekula disaharida

Ako je zadatak u obliku: "Zabilježite strukturne karakteristike ugljikohidrata", onda je za disaharide najbolje prvo naznačiti od kojih se ostataka monoze sastoji. Najčešći tipovi su:

• saharoza - napravljena od alfa-glukoze i beta-fruktoze;
• m altoza - iz ostataka glukoze;
• celobioza - sastoji se od dva D-forma ostatka beta-glukoze;
• laktoza - galaktoza + glukoza;
• laktuloza - galaktoza + fruktoza i tako dalje.

Zatim, prema dostupnim ostacima, treba izraditi strukturnu formulu sa jasnom naznakom tipa glikozidnog mosta.

Važnost za žive organizme

Uloga disaharida je takođe veoma važna, nije važna samo struktura. Funkcije ugljikohidrata i masti su općenito slične. Osnova je energetska komponenta. Međutim, za neke pojedinačne disaharide treba dati njihovo specifično značenje.

1. Saharoza je glavni izvor glukoze u ljudskom tijelu.
2. Laktoza se nalazi u majčinom mlijeku sisara, uključujući i do 8% u ženskom mlijeku.
3. Laktuloza se dobija u laboratoriji za medicinsku upotrebu i dodaje se u mlečne proizvode.

Bilo koji disaharid, trisaharid i tako dalje u ljudskom tijelu i drugim stvorenjima prolazi trenutnu hidrolizu da bi se formirale monoze. To je ta karakteristika koja je u osnovi upotrebe ove klase ugljikohidrata od strane ljudi u njihovom sirovom, nepromijenjenom obliku (šećer od repe ili trske).

Polisaharidi: karakteristike molekula

Funkcije, sastav i struktura ugljenih hidrata ove serije su od velikog značaja za organizme živih bića, kao i za privrednu delatnost čoveka. Prvo, trebali biste shvatiti koji su ugljikohidrati polisaharidi.

Ima ih puno:

• škrob;
• glikogen;
• murein;
• glukomanan;
• celuloza;
• dekstrin;
• galactomannan;
• muromin;
• pektičke supstance;
• amiloza;
• chitin.

Ovo nije potpuna lista, već samo najznačajnija za životinje i biljke. Ako izvršite zadatak "Označite strukturne karakteristike ugljikohidrata niza polisaharida", tada prije svega treba obratiti pažnju na njihovu prostornu strukturu. Ovo su veoma voluminozni, gigantski molekuli, koji se sastoje od stotina monomernih jedinica umreženih glikozidnim hemijskim vezama. Često je struktura polisaharidnih molekula ugljikohidrata slojevita.

Postoji određena klasifikacija takvih molekula.

1. Homopolisaharidi - sastoje se od istih jedinica monosaharida koji se ponavljaju. U zavisnosti od monoza, to mogu biti heksoze, pentoze i tako dalje (glukani, manani, galaktani).
2. Heteropolisaharidi - formirani od različitih monomernih jedinica.

Sjedinjenja sa linearnom prostornom strukturom trebaju uključivati, na primjer, celulozu. Većina polisaharida ima razgranatu strukturu - skrob, glikogen, hitin i tako dalje.

Uloga u tijelu živih bića

Struktura i funkcije ove grupe ugljikohidrata usko su povezane sa vitalnom aktivnošću svih stvorenja. Tako, na primjer, biljke u obliku rezervne hranjive tvari akumuliraju škrob u različitim dijelovima izdanka ili korijena. Glavni izvor energije za životinje su opet polisaharidi, čijom razgradnjom nastaje dosta energije.

Ugljeni hidrati igraju veoma značajnu ulogu u strukturi ćelije. Pokrivač mnogih insekata i rakova sastoji se od hitina, murein je komponenta ćelijskog zida bakterije, celuloza je osnova biljaka.

Rezervni nutrijent životinjskog porijekla su molekuli glikogena ili, kako se to češće naziva, životinjska mast. Pohranjuje se u odvojenim delovima tela i obavlja ne samo energetsku, već i zaštitnu funkciju od mehaničkih uticaja.

Za većinu organizama, struktura ugljikohidrata je od velike važnosti. Biologija svake životinje i biljke je takva da joj je potreban stalan izvor energije, nepresušan. I samo oni to mogu dati, i to ponajviše u obliku polisaharida. Dakle, potpuna razgradnja 1 g ugljikohidrata kao rezultat metaboličkih procesa dovodi do oslobađanja 4,1 kcal energije! Ovo je maksimum, nema više veza. Zato ugljikohidrati moraju biti prisutni u prehrani bilo koje osobe i životinje. Biljke se, s druge strane, brinu same o sebi: u procesu fotosinteze stvaraju skrob u sebi i pohranjuju ga.

Opšta svojstva ugljikohidrata

Struktura masti, proteina i ugljenih hidratageneralno slično. Na kraju krajeva, sve su to makromolekule. Čak su i neke od njihovih funkcija zajedničke prirode. Treba sumirati ulogu i važnost svih ugljikohidrata u životu biomase planete.

1. Sastav i struktura ugljikohidrata implicira njihovu upotrebu kao građevnog materijala za ljuske biljnih stanica, životinjskih i bakterijskih membrana, kao i formiranje unutarćelijskih organela.
2. Zaštitna funkcija. Karakteristično je za biljne organizme i manifestuje se u formiranju bodlji, bodlji itd.
3. Plastična uloga - formiranje vitalnih molekula (DNK, RNA, ATP i drugi).
4. Funkcija receptora. Polisaharidi i oligosaharidi su aktivni učesnici u transportnim transferima kroz ćelijsku membranu, "čuvari" koji hvataju efekte.
5. Energetska uloga je najznačajnija. Pruža maksimalnu energiju za sve unutarćelijske procese, kao i rad cijelog organizma u cjelini.
6. Regulacija osmotskog pritiska - glukoza kontroliše ovo.
7. Neki polisaharidi postaju rezervni nutrijent, izvor energije za životinjska stvorenja.

Dakle, očigledno je da su struktura masti, proteina i ugljenih hidrata, njihove funkcije i uloga u organizmima živih sistema od odlučujućeg i odlučujućeg značaja. Ovi molekuli su kreatori života, oni ga takođe čuvaju i podržavaju.

Ugljikohidrati s drugim makromolekularnim jedinjenjima

Takođe je poznata uloga ugljikohidrata ne u njihovom čistom obliku, već u kombinaciji s drugim molekulima. To uključuje najčešćekao:

• glikozaminoglikani ili mukopolisaharidi;
• glikoproteini.

Struktura i svojstva ugljikohidrata ove vrste su prilično složeni, jer su različite funkcionalne grupe kombinovane u kompleks. Glavna uloga molekula ovog tipa je učešće u mnogim životnim procesima organizama. Predstavnici su: hijaluronska kiselina, hondroitin sulfat, heparan, keratan sulfat i drugi.

Postoje i kompleksi polisaharida sa drugim biološki aktivnim molekulima. Na primjer, glikoproteini ili lipopolisaharidi. Njihovo postojanje je važno u formiranju imunoloških reakcija organizma, jer su dio ćelija limfnog sistema.