Lastnosti in struktura ogljikovih hidratov. Funkcije ogljikovih hidratov

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Človeško telo, pa tudi druga živa bitja, potrebuje energijo. Brez tega ne morejo potekati nobeni procesi. Navsezadnje vsaka biokemična reakcija, vsak encimski proces ali stopnja presnove potrebuje vir energije.

Zato je pomen snovi, ki telesu zagotavljajo moč za življenje, zelo velik in pomemben. Kaj so te snovi? Ogljikovi hidrati, beljakovine, maščobe. Struktura vsakega od njih je drugačna, pripadajo popolnoma različnim razredom kemičnih spojin, vendar je ena od njihovih funkcij podobna - zagotavljanje telesu potrebne energije za življenje. Upoštevajte eno skupino naštetih snovi - ogljikove hidrate.

Razvrstitev ogljikovih hidratov

Sestavo in strukturo ogljikovih hidratov od njihovega odkritja določa njihovo ime. Dejansko so po prvih virih verjeli, da je to skupina spojin, v strukturi katerih so ogljikovi atomi, povezani z molekulami vode.

Natančnejša analiza, pa tudi zbrane informacije o raznolikosti teh snovi, so omogočile dokazovanje, da vsi predstavniki nimajo samo takšne sestave. Vendarta lastnost je še vedno ena tistih, ki določa strukturo ogljikovih hidratov.

Sodobna klasifikacija te skupine spojin je naslednja:

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

Prav tako lahko vse ogljikove hidrate razdelimo v naslednji dve veliki skupini:

• obnovitev;
• neobnovitveno.

Struktura molekul ogljikovih hidratov vsake skupine bo podrobneje obravnavana.

Monosaharidi: značilnosti

Ta kategorija vključuje vse enostavne ogljikove hidrate, ki vsebujejo aldehidno (aldozo) ali ketonsko (ketozo) skupino in ne več kot 10 atomov ogljika v strukturi verige. Če pogledate število atomov v glavni verigi, lahko monosaharide razdelimo na:

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

Vsi drugi predstavniki niso tako pomembni za telo kot navedeni.

Značilnosti strukture molekul

Po svoji strukturi so monoze lahko predstavljene tako v obliki verige kot v obliki cikličnega ogljikovega hidrata. Kako se to zgodi? Stvar je v tem, da je osrednji ogljikov atom v spojini asimetrično središče, okoli katerega se lahko molekula v raztopini vrti. Tako nastanejo optični izomeri monosaharidov L- in D-oblike. Pri čemerformulo glukoze, zapisano v obliki ravne verige, lahko miselno zajame aldehidna skupina (ali keton) in jo zvije v kroglico. Dobljena bo ustrezna ciklična formula.

Kemična struktura ogljikovih hidratov serije monoz je precej preprosta: število ogljikovih atomov, ki tvorijo verigo ali cikel, od katerih so hidroksilne skupine in atomi vodika na različnih ali na isti strani. Če so vse strukture z istim imenom na eni strani, potem nastane D-izomer, če se med seboj razlikujejo, potem nastane L-izomer. Če zapišemo splošno formulo najpogostejšega predstavnika glukoznih monosaharidov v molekularni obliki, bo videti tako: _{. Poleg tega ta zapis odraža tudi strukturo fruktoze. Konec koncev sta ti dve monozi kemično strukturni izomeri. Glukoza je aldehidni alkohol, fruktoza je keto alkohol.}

Struktura in lastnosti ogljikovih hidratov številnih monosaharidov so med seboj tesno povezani. Pravzaprav zaradi prisotnosti aldehidnih in ketonskih skupin v sestavi strukture spadajo med aldehidne in keto alkohole, kar določa njihovo kemično naravo in reakcije, v katere lahko vstopijo.

Tako ima glukoza naslednje kemične lastnosti:

1. Reakcije zaradi prisotnosti karbonilne skupine:

• oksidacija - reakcija "srebrnega ogledala";
• s sveže oborjenim bakrovim (II) hidroksidom - aldonsko kislino;
• močni oksidanti lahko tvorijo dvobazične kisline (aldarne), pri čemer pretvorijo ne samo aldehid, ampak tudi eno hidroksilno skupino;
• obnovitev - pretvorjena v polihidrične alkohole.

2. Molekula vsebuje tudi hidroksilne skupine, kar odraža strukturo. Lastnosti ogljikovih hidratov, na katere vplivajo podatki o razvrščanju:

• sposobnost alkiliranja - tvorba etrov;
• acilacija - tvorba estrov;
• kvalitativne reakcije za bakrov (II) hidroksid.

3. Visoko specifične lastnosti glukoze:

• butyric;
• alkohol;
• mlečnokislinska fermentacija.

Funkcije, ki se izvajajo v telesu

Struktura in funkcija ogljikovih hidratov iz serije monoses sta tesno povezani. Slednji so predvsem v sodelovanju v biokemičnih reakcijah živih organizmov. Kakšno vlogo imajo pri tem monosaharidi?

1. Osnova za proizvodnjo oligo- in polisaharidov.
2. Pentoze (riboza in deoksiriboza) so najpomembnejše molekule, ki sodelujejo pri tvorbi ATP, RNA, DNK. Ti pa so glavni dobavitelji dednega materiala, energije in beljakovin.
3. Koncentracija glukoze v človeški krvi je pravi pokazatelj osmotskega tlaka in njegovih sprememb.

Oligosaharidi: struktura

Struktura ogljikovih hidratov te skupine je reducirana na prisotnost dveh (dioz) ali treh (trioze) molekul monosaharidov v sestavi. Obstajajo tudi takšne, ki vključujejo 4, 5 ali več struktur (do 10), vendar so najpogostejši disaharidi. Se pravi med hidrolizospojine se razgradijo v glukozo, fruktozo, pentozo itd. Katere spojine spadajo v to kategorijo? Tipičen primer je saharoza (navadni trsni sladkor), laktoza (glavna sestavina mleka), m altoza, laktuloza, izom altoza.

Kemična struktura ogljikovih hidratov te serije ima naslednje značilnosti:

1. Splošna formula molekularne vrste: C₁₂H₂₂O_11.
2. Dva enaka ali različna monozna ostanka v disaharidni strukturi sta med seboj povezana z uporabo glikozidnega mostu. Narava te spojine bo določila sposobnost zmanjšanja sladkorja.
3. Zmanjšanje disaharidov. Struktura ogljikovih hidratov te vrste je sestavljena iz tvorbe glikozidnega mostu med hidroksilnimi aldehidnimi in hidroksilnimi skupinami različnih mono molekul. Sem spadajo: m altoza, laktoza itd.
4. Nereducira - tipičen primer saharoze - ko se tvori most med hidroksili samo ustreznih skupin, brez sodelovanja aldehidne strukture.

Tako lahko strukturo ogljikovih hidratov na kratko predstavimo kot molekulsko formulo. Če je potrebna podrobna podrobna struktura, jo je mogoče upodobiti s Fisherjevimi grafičnimi projekcijami ali Haworthovimi formulami. Natančneje, dva ciklična monomera (monoze) sta različna ali identična (odvisno od oligosaharida), med seboj povezana z glikozidnim mostom. Pri gradnji je treba upoštevati sposobnost obnavljanja za pravilen prikaz povezave.

Primeri disaharidnih molekul

Če je naloga v obliki: "Upoštevajte strukturne značilnosti ogljikovih hidratov", potem je za disaharide najbolje najprej navesti, iz katerih monoznih ostankov je sestavljen. Najpogostejše vrste so:

• saharoza - zgrajena iz alfa-glukoze in beta-fruktoze;
• m altoza - iz ostankov glukoze;
• celobioza - sestavljena je iz dveh ostankov beta-glukoze v obliki D;
• laktoza - galaktoza + glukoza;
• laktuloza - galaktoza + fruktoza in tako naprej.

Potem je treba glede na razpoložljive ostanke sestaviti strukturno formulo z jasno navedbo vrste glikozidnega mostu.

Pomen za žive organizme

Zelo pomembna je tudi vloga disaharidov, pomembna ni samo struktura. Funkcije ogljikovih hidratov in maščob so na splošno podobne. Osnova je energetska komponenta. Vendar pa je treba za nekatere posamezne disaharide navesti njihov poseben pomen.

1. Saharoza je glavni vir glukoze v človeškem telesu.
2. Laktoza se nahaja v materinem mleku sesalcev, vključno z do 8 % v ženskem mleku.
3. Laktuloza se pridobiva v laboratoriju za medicinsko uporabo in dodaja mlečnim izdelkom.

Vsak disaharid, trisaharid in tako naprej v človeškem telesu in drugih bitjih je podvržen takojšnji hidrolizi, da nastane monoze. Prav ta lastnost je osnova za uporabo tega razreda ogljikovih hidratov s strani ljudi v njihovi surovi, nespremenjeni obliki (sladkor iz sladkorne pese ali trsa).

Polisaharidi: značilnosti molekul

Funkcije, sestava in struktura ogljikovih hidratov te serije so velikega pomena za organizme živih bitij, pa tudi za človekovo gospodarsko dejavnost. Najprej morate ugotoviti, kateri ogljikovi hidrati so polisaharidi.

Veliko jih je:

• škrob;
• glikogen;
• murein;
• glukomanan;
• celuloza;
• dekstrin;
• galactomannan;
• muromin;
• pektične snovi;
• amiloza;
• chitin.

To ni popoln seznam, ampak le najpomembnejši za živali in rastline. Če opravite nalogo "Označite strukturne značilnosti ogljikovih hidratov številnih polisaharidov", potem morate najprej biti pozorni na njihovo prostorsko strukturo. To so zelo obsežne, velikanske molekule, sestavljene iz na stotine monomernih enot, zamreženih z glikozidnimi kemičnimi vezmi. Pogosto je struktura polisaharidnih molekul ogljikovih hidratov večplastna sestava.

Obstaja določena klasifikacija takšnih molekul.

1. Homopolisaharidi - sestavljeni iz istih večkrat ponavljajočih se enot monosaharidov. Glede na monoze so lahko heksoze, pentoze itd. (glukani, manani, galaktani).
2. Heteropolisaharidi - tvorijo jih različne monomerne enote.

Spojine z linearno prostorsko strukturo morajo vključevati na primer celulozo. Večina polisaharidov ima razvejano strukturo - škrob, glikogen, hitin in tako naprej.

Vloga v telesu živih bitij

Zgradba in funkcije te skupine ogljikovih hidratov so tesno povezane z vitalno aktivnostjo vseh bitij. Tako na primer rastline v obliki rezervnega hranila kopičijo škrob v različnih delih poganjka ali korenine. Glavni vir energije za živali so spet polisaharidi, katerih razpad nastane precej energije.

Ogljikovi hidrati igrajo zelo pomembno vlogo v strukturi celice. Pokrov mnogih žuželk in rakov je sestavljen iz hitina, murein je sestavni del bakterijske celične stene, celuloza je osnova rastlin.

Rezervno hranilo živalskega izvora so molekule glikogena ali, kot se bolj pogosto imenuje, živalska maščoba. Shranjuje se v ločenih delih telesa in opravlja ne le energijsko, ampak tudi zaščitno funkcijo pred mehanskimi vplivi.

Za večino organizmov je zelo pomembna struktura ogljikovih hidratov. Biologija vsake živali in rastline je takšna, da zahteva stalen vir energije, neizčrpen. In to lahko dajo le oni, in to predvsem v obliki polisaharidov. Torej, popolna razgradnja 1 g ogljikovih hidratov kot posledica presnovnih procesov vodi do sproščanja 4,1 kcal energije! To je največ, ni več povezav. Zato morajo biti ogljikovi hidrati prisotni v prehrani katere koli osebe in živali. Rastline pa skrbijo same zase: v procesu fotosinteze v sebi tvorijo škrob in ga shranjujejo.

Splošne lastnosti ogljikovih hidratov

Struktura maščob, beljakovin in ogljikovih hidratovna splošno podobno. Navsezadnje so vse makromolekule. Celo nekatere njihove funkcije so skupne narave. Treba je povzeti vlogo in pomen vseh ogljikovih hidratov v življenju biomase planeta.

1. Sestava in struktura ogljikovih hidratov nakazujeta njihovo uporabo kot gradbeni material za lupino rastlinskih celic, živalskih in bakterijskih membran ter tvorbo znotrajceličnih organelov.
2. Zaščitna funkcija. Značilen je za rastlinske organizme in se kaže v tvorbi trnov, bodic itd.
3. Plastična vloga - tvorba vitalnih molekul (DNK, RNA, ATP in drugih).
4. Funkcija receptorja. Polisaharidi in oligosaharidi so aktivni udeleženci pri transportnih prenosih skozi celično membrano, "čuvari", ki zajemajo učinke.
5. Energijska vloga je najpomembnejša. Zagotavlja maksimalno energijo za vse znotrajcelične procese, pa tudi za delo celotnega organizma kot celote.
6. Uravnavanje osmotskega tlaka - glukoza to nadzoruje.
7. Nekateri polisaharidi postanejo rezervno hranilo, vir energije za živalska bitja.

Tako je očitno, da so struktura maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov, njihove funkcije in vloga v organizmih živih sistemov odločilnega in odločilnega pomena. Te molekule so kreatorji življenja, ga tudi ohranjajo in podpirajo.

Ogljikovi hidrati z drugimi makromolekularnimi spojinami

Poznana je tudi vloga ogljikovih hidratov ne v njihovi čisti obliki, temveč v kombinaciji z drugimi molekulami. Ti vključujejo najpogostejšekot:

• glikozaminoglikani ali mukopolisaharidi;
• glikoproteini.

Struktura in lastnosti tovrstnih ogljikovih hidratov so precej zapleteni, saj so različne funkcionalne skupine združene v kompleks. Glavna vloga tovrstnih molekul je sodelovanje v številnih življenjskih procesih organizmov. Predstavniki so: hialuronska kislina, hondroitin sulfat, heparan, keratan sulfat in drugi.

Obstajajo tudi kompleksi polisaharidov z drugimi biološko aktivnimi molekulami. Na primer, glikoproteini ali lipopolisaharidi. Njihov obstoj je pomemben pri oblikovanju imunoloških reakcij telesa, saj so del celic limfnega sistema.