Για το ανθρώπινο σώμα, όπως και άλλα έμβια όντα, χρειάζεται ενέργεια. Χωρίς αυτό, δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν διαδικασίες. Εξάλλου, κάθε βιοχημική αντίδραση, κάθε ενζυμική διαδικασία ή στάδιο του μεταβολισμού χρειάζεται μια πηγή ενέργειας.
Επομένως, η σημασία των ουσιών που παρέχουν στον οργανισμό δύναμη για τη ζωή είναι πολύ μεγάλη και σημαντική. Ποιες είναι αυτές οι ουσίες; Υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη. Η δομή καθενός από αυτά είναι διαφορετική, ανήκουν σε εντελώς διαφορετικές κατηγορίες χημικών ενώσεων, αλλά μία από τις λειτουργίες τους είναι παρόμοια - να παρέχει στο σώμα την απαραίτητη ενέργεια για τη ζωή. Εξετάστε μια ομάδα από τις αναφερόμενες ουσίες - υδατάνθρακες.
Ταξινόμηση υδατανθράκων
Η σύνθεση και η δομή των υδατανθράκων από την ανακάλυψή τους καθορίστηκε από το όνομά τους. Πράγματι, σύμφωνα με πρώιμες πηγές, πιστεύεται ότι πρόκειται για μια ομάδα ενώσεων στη δομή της οποίας υπάρχουν άτομα άνθρακα που σχετίζονται με μόρια νερού.
Μια πιο ενδελεχής ανάλυση, καθώς και οι συσσωρευμένες πληροφορίες σχετικά με την ποικιλομορφία αυτών των ουσιών, κατέστησαν δυνατό να αποδειχθεί ότι δεν έχουν όλοι οι εκπρόσωποι μόνο μια τέτοια σύνθεση. Ωστόσοαυτό το χαρακτηριστικό εξακολουθεί να είναι ένα από αυτά που καθορίζουν τη δομή των υδατανθράκων.
Η σύγχρονη ταξινόμηση αυτής της ομάδας ενώσεων έχει ως εξής:
- Μονοσακχαρίτες (ριβόζη, φρουκτόζη, γλυκόζη, κ.λπ.).
- Ολιγοσακχαρίτες (βιόζες, τριόζες).
- Πολυσακχαρίτες (άμυλο, κυτταρίνη).
Επίσης, όλοι οι υδατάνθρακες μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες δύο μεγάλες ομάδες:
- restoring;
- μη επανορθωτικό.
Η δομή των μορίων υδατανθράκων κάθε ομάδας θα εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες.
Μονοσακχαρίτες: χαρακτηριστικά
Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει όλους τους απλούς υδατάνθρακες που περιέχουν μια ομάδα αλδεΰδης (αλδόζες) ή κετόνης (κετόζες) και όχι περισσότερα από 10 άτομα άνθρακα στη δομή της αλυσίδας. Αν κοιτάξετε τον αριθμό των ατόμων στην κύρια αλυσίδα, τότε οι μονοσακχαρίτες μπορούν να χωριστούν σε:
- τριόζες (γλυκεραλδεΰδη);
- τετρόζη (ερυθρουλόζη, ερυθρόζη);
- πεντόζες (ριβόζη και δεοξυριβόζη);
- εξόζες (γλυκόζη, φρουκτόζη).
Όλοι οι άλλοι εκπρόσωποι δεν είναι τόσο σημαντικοί για το σώμα όσο αυτοί που αναφέρονται.
Χαρακτηριστικά της δομής των μορίων
Σύμφωνα με τη δομή τους, οι μονόζες μπορούν να παρουσιαστούν τόσο με τη μορφή αλυσίδας όσο και με τη μορφή κυκλικού υδατάνθρακα. Πώς συμβαίνει αυτό; Το θέμα είναι ότι το κεντρικό άτομο άνθρακα στην ένωση είναι ένα ασύμμετρο κέντρο γύρω από το οποίο το μόριο στο διάλυμα μπορεί να περιστρέφεται. Έτσι σχηματίζονται τα οπτικά ισομερή μονοσακχαριτών L- και D-μορφής. Ενο τύπος γλυκόζης, γραμμένος με τη μορφή μιας ευθείας αλυσίδας, μπορεί να συλληφθεί νοερά από την ομάδα αλδεΰδης (ή κετόνη) και να τυλιχτεί σε μπάλα. Θα ληφθεί ο αντίστοιχος κυκλικός τύπος.
Η χημική δομή των υδατανθράκων της σειράς monoz είναι αρκετά απλή: ένας αριθμός ατόμων άνθρακα που σχηματίζουν μια αλυσίδα ή έναν κύκλο, από καθένα από τα οποία ομάδες υδροξυλίου και άτομα υδρογόνου βρίσκονται σε διαφορετική ή στην ίδια πλευρά. Εάν όλες οι δομές με το ίδιο όνομα βρίσκονται στη μία πλευρά, τότε σχηματίζεται ένα ισομερές D, εάν είναι διαφορετικές με εναλλαγή μεταξύ τους, τότε σχηματίζεται ένα ισομερές L. Αν γράψουμε τον γενικό τύπο του πιο κοινού αντιπροσώπου των μονοσακχαριτών γλυκόζης σε μοριακή μορφή, τότε θα μοιάζει με: . Επιπλέον, αυτό το αρχείο αντικατοπτρίζει επίσης τη δομή της φρουκτόζης. Άλλωστε, χημικά, αυτές οι δύο μονόζες είναι δομικά ισομερή. Η γλυκόζη είναι μια αλκοόλη αλδεΰδης, η φρουκτόζη είναι μια κετοαλκοόλη.
Η δομή και οι ιδιότητες των υδατανθράκων ενός αριθμού μονοσακχαριτών είναι στενά αλληλένδετες. Πράγματι, λόγω της παρουσίας ομάδων αλδεΰδης και κετόνης στη σύνθεση της δομής, ανήκουν σε αλδεΰδη και κετοαλκοόλες, γεγονός που καθορίζει τη χημική τους φύση και τις αντιδράσεις στις οποίες μπορούν να εισέλθουν.
Έτσι, η γλυκόζη εμφανίζει τις ακόλουθες χημικές ιδιότητες:
1. Αντιδράσεις λόγω της παρουσίας μιας καρβονυλικής ομάδας:
- οξείδωση - αντίδραση "ασημί καθρέφτη";
- με πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο του χαλκού (II) - αλδονικό οξύ;
- ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες είναι ικανοί να σχηματίσουν διβασικά οξέα (αλδαρικό), μετατρέποντας όχι μόνο την αλδεΰδη, αλλά και μία ομάδα υδροξυλίου.
- recovery - μετατρέπεται σε πολυϋδρικές αλκοόλες.
2. Το μόριο περιέχει επίσης υδροξυλομάδες, οι οποίες αντανακλά τη δομή. Ιδιότητες υδατανθράκων που επηρεάζονται από δεδομένα ομαδοποίησης:
- ικανότητα αλκυλίωσης - σχηματισμός αιθέρων;
- ακυλίωση - σχηματισμός εστέρων;
- ποιοτική αντίδραση για το υδροξείδιο του χαλκού (II).
3. Ιδιαίτερα ειδικές ιδιότητες της γλυκόζης:
- βουτυρικό;
- αλκοόλ;
- ζύμωση γαλακτικού οξέος.
Λειτουργίες που εκτελούνται στο σώμα
Η δομή και η λειτουργία των υδατανθράκων της σειράς monoses συνδέονται στενά. Οι τελευταίες συνίστανται, πρώτα απ 'όλα, στη συμμετοχή στις βιοχημικές αντιδράσεις των ζωντανών οργανισμών. Τι ρόλο παίζουν οι μονοσακχαρίτες σε αυτό;
- Βάση για την παραγωγή ολιγο- και πολυσακχαριτών.
- Οι πεντόζες (ριβόζη και δεοξυριβόζη) είναι τα πιο σημαντικά μόρια που εμπλέκονται στο σχηματισμό του ATP, RNA, DNA. Και αυτοί, με τη σειρά τους, είναι οι κύριοι προμηθευτές κληρονομικού υλικού, ενέργειας και πρωτεΐνης.
- Η συγκέντρωση της γλυκόζης στο ανθρώπινο αίμα είναι ένας πραγματικός δείκτης της ωσμωτικής πίεσης και των αλλαγών της.
Ολιγοσακχαρίτες: δομή
Η δομή των υδατανθράκων αυτής της ομάδας μειώνεται στην παρουσία δύο (διοσών) ή τριών (τριοσών) μορίων μονοσακχαριτών στη σύνθεση. Υπάρχουν επίσης εκείνα που περιλαμβάνουν 4, 5 ή περισσότερες δομές (μέχρι 10), αλλά οι πιο συνηθισμένοι είναι οι δισακχαρίτες. Δηλαδή κατά την υδρόλυσηοι ενώσεις διασπώνται για να σχηματίσουν γλυκόζη, φρουκτόζη, πεντόζη και ούτω καθεξής. Ποιες ενώσεις ανήκουν σε αυτή την κατηγορία; Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σακχαρόζη (κοινή ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο), η λακτόζη (το κύριο συστατικό του γάλακτος), η μαλτόζη, η λακτουλόζη, η ισομαλτόζη.
Η χημική δομή των υδατανθράκων αυτής της σειράς έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Γενικός τύπος μοριακών ειδών: C12H22O11.
- Δύο πανομοιότυπα ή διαφορετικά υπολείμματα μονοζών στη δομή δισακχαρίτη συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας μια γλυκοσιδική γέφυρα. Η φύση αυτής της ένωσης θα καθορίσει τη μειωτική ικανότητα της ζάχαρης.
- Μείωση δισακχαριτών. Η δομή των υδατανθράκων αυτού του τύπου συνίσταται στο σχηματισμό μιας γλυκοσιδικής γέφυρας μεταξύ του υδροξυλίου της αλδεΰδης και των υδροξυλικών ομάδων διαφορετικών μονομορίων. Αυτά περιλαμβάνουν: μαλτόζη, λακτόζη και ούτω καθεξής.
- Μη αναγωγικό - χαρακτηριστικό παράδειγμα σακχαρόζης - όταν σχηματίζεται γέφυρα μεταξύ των υδροξυλίων μόνο των αντίστοιχων ομάδων, χωρίς τη συμμετοχή της δομής της αλδεΰδης.
Έτσι, η δομή των υδατανθράκων μπορεί να αναπαρασταθεί εν συντομία ως μοριακός τύπος. Εάν χρειάζεται μια λεπτομερής λεπτομερής δομή, τότε μπορεί να απεικονιστεί χρησιμοποιώντας τις γραφικές προβολές του Fisher ή τους τύπους του Haworth. Συγκεκριμένα, δύο κυκλικά μονομερή (μονόζες) είναι είτε διαφορετικά είτε πανομοιότυπα (ανάλογα με τον ολιγοσακχαρίτη), διασυνδεδεμένα με μια γλυκοσιδική γέφυρα. Κατά την κατασκευή, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η δυνατότητα επαναφοράς για να εμφανιστεί σωστά η σύνδεση.
Παραδείγματα μορίων δισακχαρίτη
Αν η εργασία έχει τη μορφή: "Σημειώστε τα δομικά χαρακτηριστικά των υδατανθράκων", τότε για τους δισακχαρίτες είναι καλύτερο να αναφέρετε πρώτα από ποια υπολείμματα μονοζών αποτελείται. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι:
- σακχαρόζη - κατασκευασμένο από άλφα-γλυκόζη και βήτα-φρουκτόζη;
- μαλτόζη - από υπολείμματα γλυκόζης;
- cellobiose - αποτελείται από δύο υπολείμματα βήτα-γλυκόζης μορφής D,
- λακτόζη - γαλακτόζη + γλυκόζη;
- λακτουλόζη - γαλακτόζη + φρουκτόζη και ούτω καθεξής.
Στη συνέχεια, σύμφωνα με τα διαθέσιμα υπολείμματα, θα πρέπει να συνταχθεί ένας δομικός τύπος με σαφή ένδειξη του τύπου της γλυκοσιδικής γέφυρας.
Σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς
Ο ρόλος των δισακχαριτών είναι επίσης πολύ σημαντικός, δεν είναι μόνο σημαντική η δομή. Οι λειτουργίες των υδατανθράκων και των λιπών είναι γενικά παρόμοιες. Η βάση είναι το ενεργειακό συστατικό. Ωστόσο, για ορισμένους μεμονωμένους δισακχαρίτες, θα πρέπει να δοθεί η συγκεκριμένη σημασία τους.
- Η σακχαρόζη είναι η κύρια πηγή γλυκόζης στο ανθρώπινο σώμα.
- Η λακτόζη βρίσκεται στο μητρικό γάλα των θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένου έως και 8% στο γάλα των γυναικών.
- Λακτουλόζη λαμβάνεται σε εργαστήριο για ιατρική χρήση και προστίθεται σε γαλακτοκομικά προϊόντα.
Οποιοσδήποτε δισακχαρίτης, τρισακχαρίτης και ούτω καθεξής στο ανθρώπινο σώμα και σε άλλα πλάσματα υφίσταται άμεση υδρόλυση για να σχηματιστούν μονόζες. Είναι αυτό το χαρακτηριστικό που βασίζεται στη χρήση αυτής της κατηγορίας υδατανθράκων από τον άνθρωπο στην ακατέργαστη, αμετάβλητη μορφή τους (ζαχαρότευτλα ή ζαχαροκάλαμο).
Πολυσακχαρίτες: χαρακτηριστικά των μορίων
Οι λειτουργίες, η σύνθεση και η δομή των υδατανθράκων αυτής της σειράς έχουν μεγάλη σημασία για τους οργανισμούς των ζωντανών όντων, καθώς και για την ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα. Αρχικά, θα πρέπει να καταλάβετε ποιοι υδατάνθρακες είναι πολυσακχαρίτες.
Υπάρχουν πολλά από αυτά:
- άμυλο;
- γλυκογόνο;
- murein;
- γλυκομαννάνη;
- κυτταρίνη;
- δεξτρίνη;
- γαλακτομαννάνη;
- muromin;
- πηκτικές ουσίες;
- αμυλόζη;
- χιτίνη.
Αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα, αλλά μόνο η πιο σημαντική για τα ζώα και τα φυτά. Εάν εκτελέσετε την εργασία "Σημειώστε τα δομικά χαρακτηριστικά των υδατανθράκων ενός αριθμού πολυσακχαριτών", τότε πρώτα απ 'όλα θα πρέπει να δώσετε προσοχή στη χωρική τους δομή. Αυτά είναι πολύ ογκώδη, γιγαντιαία μόρια, που αποτελούνται από εκατοντάδες μονομερείς μονάδες διασταυρωμένες με γλυκοσιδικούς χημικούς δεσμούς. Συχνά η δομή των μορίων των υδατανθράκων πολυσακχαρίτη είναι μια σύνθεση σε στρώματα.
Υπάρχει μια ορισμένη ταξινόμηση τέτοιων μορίων.
- Ομοπολυσακχαρίτες - αποτελούνται από τις ίδιες επανειλημμένα επαναλαμβανόμενες μονάδες μονοσακχαριτών. Ανάλογα με τις μονόζες, μπορεί να είναι εξόζες, πεντόζες και ούτω καθεξής (γλυκάνες, μαννάνες, γαλακτάνες).
- Ετεροπολυσακχαρίτες - σχηματίζονται από διαφορετικές μονάδες μονομερών.
Οι ενώσεις με γραμμική χωρική δομή πρέπει να περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, κυτταρίνη. Οι περισσότεροι πολυσακχαρίτες έχουν διακλαδισμένη δομή - άμυλο, γλυκογόνο, χιτίνη και ούτω καθεξής.
Ρόλος στο σώμα των ζωντανών όντων
Η δομή και οι λειτουργίες αυτής της ομάδας υδατανθράκων σχετίζονται στενά με τη ζωτική δραστηριότητα όλων των πλασμάτων. Έτσι, για παράδειγμα, τα φυτά με τη μορφή αποθεματικού θρεπτικού συσσωρεύουν άμυλο σε διάφορα μέρη του βλαστού ή της ρίζας. Η κύρια πηγή ενέργειας για τα ζώα είναι πάλι οι πολυσακχαρίτες, η διάσπαση των οποίων παράγει αρκετή ενέργεια.
Οι υδατάνθρακες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη δομή του κυττάρου. Το κάλυμμα πολλών εντόμων και καρκινοειδών αποτελείται από χιτίνη, η μουρεΐνη είναι συστατικό του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, η κυτταρίνη είναι η βάση των φυτών.
Το αποθεματικό θρεπτικό συστατικό ζωικής προέλευσης είναι τα μόρια γλυκογόνου ή, όπως συνηθέστερα αποκαλείται, ζωικό λίπος. Αποθηκεύεται σε ξεχωριστά μέρη του σώματος και εκτελεί όχι μόνο ενέργεια, αλλά και προστατευτική λειτουργία έναντι μηχανικών επιδράσεων.
Για τους περισσότερους οργανισμούς, η δομή των υδατανθράκων έχει μεγάλη σημασία. Η βιολογία κάθε ζώου και φυτού είναι τέτοια που απαιτεί μια συνεχή πηγή ενέργειας, ανεξάντλητη. Και μόνο αυτοί μπορούν να το δώσουν, και κυρίως με τη μορφή πολυσακχαριτών. Έτσι, η πλήρης διάσπαση 1 g υδατάνθρακα ως αποτέλεσμα μεταβολικών διεργασιών οδηγεί στην απελευθέρωση 4,1 kcal ενέργειας! Αυτό είναι το μέγιστο, όχι άλλες συνδέσεις. Γι' αυτό οι υδατάνθρακες πρέπει να υπάρχουν στη διατροφή οποιουδήποτε ανθρώπου και ζώου. Τα φυτά, από την άλλη, φροντίζουν τον εαυτό τους: στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σχηματίζουν άμυλο μέσα τους και το αποθηκεύουν.
Γενικές ιδιότητες των υδατανθράκων
Η δομή των λιπών, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκωνγενικά παρόμοια. Άλλωστε όλα είναι μακρομόρια. Ακόμη και ορισμένες από τις λειτουργίες τους είναι κοινής φύσης. Ο ρόλος και η σημασία όλων των υδατανθράκων στη ζωή της βιομάζας του πλανήτη πρέπει να συνοψιστεί.
- Η σύνθεση και η δομή των υδατανθράκων συνεπάγεται τη χρήση τους ως δομικό υλικό για το κέλυφος των φυτικών κυττάρων, των ζωικών και βακτηριακών μεμβρανών, καθώς και για το σχηματισμό ενδοκυτταρικών οργανιδίων.
- Προστατευτική λειτουργία. Είναι χαρακτηριστικό των φυτικών οργανισμών και εκδηλώνεται με το σχηματισμό αγκάθων, αγκάθων και ούτω καθεξής.
- Πλαστικός ρόλος - ο σχηματισμός ζωτικών μορίων (DNA, RNA, ATP και άλλα).
- Λειτουργία υποδοχέα. Οι πολυσακχαρίτες και οι ολιγοσακχαρίτες συμμετέχουν ενεργά στις μεταφορές μέσω της κυτταρικής μεμβράνης, «φρουροί» που καταγράφουν τα αποτελέσματα.
- Ο ενεργειακός ρόλος είναι ο πιο σημαντικός. Παρέχει μέγιστη ενέργεια για όλες τις ενδοκυτταρικές διεργασίες, καθώς και για το έργο ολόκληρου του οργανισμού συνολικά.
- Ρύθμιση της ωσμωτικής πίεσης - η γλυκόζη το ελέγχει.
- Ορισμένοι πολυσακχαρίτες γίνονται αποθεματικό θρεπτικό συστατικό, πηγή ενέργειας για τα ζωικά πλάσματα.
Έτσι, είναι προφανές ότι η δομή των λιπών, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων, οι λειτουργίες και ο ρόλος τους στους οργανισμούς των ζωντανών συστημάτων είναι καθοριστικής και καθοριστικής σημασίας. Αυτά τα μόρια είναι οι δημιουργοί της ζωής, την συντηρούν και την υποστηρίζουν.
Υδατάνθρακες με άλλες μακρομοριακές ενώσεις
Γνωστός επίσης είναι ο ρόλος των υδατανθράκων όχι στην καθαρή τους μορφή, αλλά σε συνδυασμό με άλλα μόρια. Αυτά περιλαμβάνουν τα πιο κοινάόπως:
- γλυκοζαμινογλυκάνες ή βλεννοπολυσακχαρίτες;
- γλυκοπρωτεΐνες.
Η δομή και οι ιδιότητες των υδατανθράκων αυτού του τύπου είναι αρκετά περίπλοκες, επειδή μια ποικιλία λειτουργικών ομάδων συνδυάζονται σε ένα σύμπλεγμα. Ο κύριος ρόλος των μορίων αυτού του τύπου είναι η συμμετοχή σε πολλές διαδικασίες ζωής των οργανισμών. Εκπρόσωποι είναι: υαλουρονικό οξύ, θειική χονδροϊτίνη, ηπαράνη, θειική κερατάνη και άλλα.
Υπάρχουν επίσης σύμπλοκα πολυσακχαριτών με άλλα βιολογικά ενεργά μόρια. Για παράδειγμα, γλυκοπρωτεΐνες ή λιποπολυσακχαρίτες. Η ύπαρξή τους είναι σημαντική για το σχηματισμό των ανοσολογικών αντιδράσεων του οργανισμού, αφού αποτελούν μέρος των κυττάρων του λεμφικού συστήματος.
