Svojstva i struktura ugljikohidrata. Funkcije ugljikohidrata

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

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

Stoga je važnost tvari koje tijelu daju snagu za život vrlo velika i važna. Koje su to tvari? Ugljikohidrati, proteini, masti. Struktura svakog od njih je drugačija, pripadaju potpuno različitim klasama kemijskih spojeva, ali jedna od funkcija im je slična – opskrba tijelu potrebnu energiju za život. Razmotrimo jednu skupinu navedenih tvari - ugljikohidrate.

Klasifikacija ugljikohidrata

Sastav i struktura ugljikohidrata od njihova otkrića određena je njihovim imenom. Doista, prema ranim izvorima, vjerovalo se da je to skupina spojeva u čijoj se strukturi nalaze ugljikovi atomi povezani s molekulama vode.

Detaljnija analiza, kao i akumulirane informacije o raznolikosti ovih tvari, omogućile su dokazati da nemaju svi predstavnici samo takav sastav. Međutimova značajka je još uvijek jedna od onih koja određuje strukturu ugljikohidrata.

Suvremena klasifikacija ove grupe spojeva je sljedeća:

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

Također, svi ugljikohidrati se mogu podijeliti u sljedeće dvije velike skupine:

• vraćanje;
• bez obnavljanja.

Struktura molekula ugljikohidrata svake skupine bit će razmotrena detaljnije.

Monosaharidi: karakteristike

Ova kategorija uključuje sve jednostavne ugljikohidrate koji sadrže skupinu aldehida (aldoze) ili ketona (ketoze) 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.

Obilježja strukture molekula

Monoze se prema svojoj strukturi mogu predstaviti i u obliku lanca i u obliku cikličkog ugljikohidrata. Kako se to događa? Stvar je u tome da je središnji atom ugljika u spoju asimetrično središte oko kojeg se molekula u otopini može rotirati. Tako nastaju optički izomeri monosaharida L- i D-oblika. Pri čemuformula glukoze, napisana u obliku ravnog lanca, može se mentalno shvatiti od strane aldehidne skupine (ili ketona) i smotati u kuglu. Dobit će se odgovarajuća ciklička formula.

Kemijska struktura ugljikohidrata iz serije monoz je prilično jednostavna: niz ugljikovih atoma koji tvore lanac ili ciklus, od kojih su hidroksilne skupine i atomi vodika smješteni na različitim ili na istoj strani. Ako su sve strukture istog imena na jednoj strani, tada nastaje D-izomer, ako se međusobno izmjenjuju, tada nastaje L-izomer. Zapišemo li opću formulu najčešćeg predstavnika glukoznih monosaharida u molekularnom obliku, ona će izgledati ovako: _{. Štoviše, ovaj zapis odražava i strukturu fruktoze. Uostalom, kemijski, ove dvije monoze su strukturni izomeri. Glukoza je aldehidni alkohol, fruktoza je keto alkohol.}

Struktura i svojstva ugljikohidrata brojnih monosaharida usko su međusobno povezani. Doista, zbog prisutnosti aldehidnih i ketonskih skupina u sastavu strukture, oni pripadaju aldehidnim i keto alkoholima, što određuje njihovu kemijsku prirodu i reakcije u koje mogu ući.

Dakle, glukoza pokazuje sljedeća kemijska svojstva:

1. Reakcije zbog prisutnosti karbonilne skupine:

• oksidacija - reakcija "srebrnog zrcala";
• sa svježe istaloženim bakrovim (II) hidroksidom - aldonskom kiselinom;
• jaka oksidirajuća sredstva mogu tvoriti dvobazne kiseline (aldarne), pretvarajući ne samo aldehid, već i jednu hidroksilnu skupinu;
• oporaba - pretvorena u polihidrične alkohole.

2. Molekula također sadrži hidroksilne skupine, što odražava strukturu. Svojstva ugljikohidrata na koje utječu podaci o grupiranju:

• sposobnost alkiliranja - stvaranje etera;
• acilacija - stvaranje estera;
• kvalitativne reakcije za bakrov (II) hidroksid.

3. Visoko specifična svojstva glukoze:

• butyric;
• alkohol;
• fermentacija mliječne kiseline.

Funkcije koje se izvode u tijelu

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

1. Osnova za proizvodnju oligo- i polisaharida.
2. Pentoze (riboza i deoksiriboza) su najvažnije molekule uključene u stvaranje ATP-a, RNA, DNA. A oni su zauzvrat glavni dobavljači nasljednog materijala, energije i proteina.
3. Koncentracija glukoze u ljudskoj krvi pravi je pokazatelj osmotskog tlaka i njegovih promjena.

Oligosaharidi: struktura

Struktura ugljikohidrata ove skupine svodi se na prisutnost dvije (dioze) ili tri (trioze) molekule monosaharida u sastavu. Postoje i oni koji uključuju 4, 5 ili više struktura (do 10), no najčešći su disaharidi. Odnosno, tijekom hidrolizespojevi se razgrađuju u glukozu, fruktozu, pentozu i tako dalje. Koji spojevi spadaju u ovu kategoriju? Tipičan primjer je saharoza (obični šećer od trske), laktoza (glavni sastojak mlijeka), m altoza, laktuloza, izom altoza.

Kemijska struktura ugljikohidrata ove serije ima sljedeće značajke:

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 odredit će sposobnost redukcije šećera.
3. Smanjenje disaharida. Struktura ugljikohidrata ove vrste sastoji se od stvaranja glikozidnog mosta između hidroksilnih aldehidnih i hidroksilnih skupina različitih monomolekula. To uključuje: m altozu, laktozu i tako dalje.
4. Nereducira - tipičan primjer saharoze - kada se formira most između hidroksila samo odgovarajućih skupina, bez sudjelovanja 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. Točnije, dva ciklička monomera (monoze) su ili različiti ili identični (ovisno o oligosaharidu), međusobno povezani glikozidnim mostom. Prilikom izgradnje treba uzeti u obzir sposobnost obnavljanja kako bi se veza ispravno prikazala.

Primjeri molekula disaharida

Ako je zadatak u obliku: "Zabilježite strukturne značajke ugljikohidrata", tada 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 ostatka beta-glukoze D-oblika;
• laktoza - galaktoza + glukoza;
• laktuloza - galaktoza + fruktoza i tako dalje.

Zatim, prema dostupnim ostacima, treba izraditi strukturnu formulu s jasnom naznakom vrste glikozidnog mosta.

Važnost za žive organizme

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

1. Saharoza je glavni izvor glukoze u ljudskom tijelu.
2. Laktoza se nalazi u majčinom mlijeku sisavaca, uključujući do 8% u ženskom mlijeku.
3. Laktuloza se dobiva u laboratoriju za medicinsku upotrebu i dodaje se mliječnim proizvodima.

Bilo koji disaharid, trisaharid i tako dalje u ljudskom tijelu i drugim stvorenjima prolazi trenutnu hidrolizu da nastane monoze. Upravo je ta značajka u osnovi korištenja ove klase ugljikohidrata od strane ljudi u njihovom sirovom, nepromijenjenom obliku (šećer od repe ili trske).

Polisaharidi: značajke molekula

Funkcije, sastav i struktura ugljikohidrata ove serije od velike su važnosti za organizme živih bića, kao i za ljudsku gospodarsku djelatnost. Prvo, trebali biste shvatiti koji su ugljikohidrati polisaharidi.

Ima ih puno:

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

Ovo nije potpuni popis, već samo najvažniji za životinje i biljke. Ako izvršite zadatak "Označite strukturne značajke ugljikohidrata niza polisaharida", tada prije svega trebate obratiti pozornost na njihovu prostornu strukturu. To su vrlo voluminozne, divovske molekule, koje se sastoje od stotina monomernih jedinica umreženih glikozidnim kemijskim vezama. Često je struktura polisaharidnih molekula ugljikohidrata slojevita.

Postoji određena klasifikacija takvih molekula.

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

Spojevi s linearnom prostornom strukturom trebaju uključivati, na primjer, celulozu. Većina polisaharida ima razgranatu strukturu - škrob, glikogen, hitin i tako dalje.

Uloga u tijelu živih bića

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

Ugljikohidrati igraju vrlo značajnu ulogu u strukturi stanice. Pokrivač mnogih insekata i rakova sastoji se od hitina, murein je sastavni dio bakterijske stanične stijenke, celuloza je osnova biljaka.

Rezervni nutrijent životinjskog podrijetla su molekule glikogena ili, kako se to češće naziva, životinjska mast. Pohranjuje se u odvojenim dijelovima tijela i obavlja ne samo energetsku, već i zaštitnu funkciju od mehaničkih utjecaja.

Za većinu organizama struktura ugljikohidrata je od velike važnosti. Biologija svake životinje i biljke je takva da zahtijeva stalan izvor energije, neiscrpan. A to mogu dati samo oni, 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, s druge strane, brinu same o sebi: u procesu fotosinteze u sebi stvaraju škrob i pohranjuju ga.

Opća svojstva ugljikohidrata

Struktura masti, proteina i ugljikohidrataopćenito slični. Uostalom, sve su to makromolekule. Čak su i neke njihove funkcije zajedničke prirode. Treba sažeti ulogu i važnost svih ugljikohidrata u životu biomase planeta.

1. Sastav i struktura ugljikohidrata podrazumijeva njihovu upotrebu kao građevnog materijala za ljuske biljnih stanica, životinjskih i bakterijskih membrana, kao i za stvaranje unutarstaničnih organela.
2. Zaštitna funkcija. Karakteristično je za biljne organizme i očituje se stvaranjem trna, bodlji i sl.
3. Uloga plastike - stvaranje vitalnih molekula (DNA, RNA, ATP i drugi).
4. Funkcija receptora. Polisaharidi i oligosaharidi aktivni su sudionici u transportu kroz staničnu membranu, "čuvari" koji hvataju učinke.
5. Energetska uloga je najznačajnija. Pruža maksimalnu energiju za sve unutarstanične procese, kao i za rad cijelog organizma u cjelini.
6. Regulacija osmotskog tlaka - glukoza to kontrolira.
7. Neki polisaharidi postaju rezervna hranjiva tvar, izvor energije za životinjska stvorenja.

Dakle, očito je da su struktura masti, bjelančevina i ugljikohidrata, njihove funkcije i uloga u organizmima živih sustava od presudne i odlučujuće važnosti. Ove molekule su kreatori života, oni ga također čuvaju i podržavaju.

Ugljikohidrati s drugim makromolekularnim spojevima

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

• glikozaminoglikani ili mukopolisaharidi;
• glikoproteini.

Struktura i svojstva ugljikohidrata ove vrste prilično su složeni, jer su različite funkcionalne skupine spojene u kompleks. Glavna uloga molekula ove vrste je sudjelovanje u mnogim životnim procesima organizama. Predstavnici su: hijaluronska kiselina, kondroitin sulfat, heparan, keratan sulfat i drugi.

Postoje i kompleksi polisaharida s drugim biološki aktivnim molekulama. Na primjer, glikoproteini ili lipopolisaharidi. Njihovo postojanje važno je u formiranju imunoloških reakcija tijela, budući da su dio stanica limfnog sustava.