Svojstva i struktura ugljenih hidrata. Funkcije ugljenih hidrata

Za ljudsko telo, kao i druga živa bića, potrebna je energija. Bez toga, nikakvi procesi nisu mogući. Na kraju krajeva, svaka biohemijska reakcija, svaki enzimski proces ili metabolička faza potreban je izvor energije.

Zbog toga je važnost supstanci koje daju čvrstoću tela za život veoma veliku i važnu. Koje su ove supstance? Ugljikohidrati, proteini, masti. Struktura svake od njih je drugačija, pripadaju potpuno različitim klasama hemijskih jedinjenja, ali jedna od njih je slična - obezbeđujući telu neophodnu energiju za život. Uzmite u obzir jednu grupu ovih supstanci - ugljeni hidrati.

Klasifikacija ugljenih hidrata

Sastav i struktura ugljenih hidrata od njihovog otkrivanja su određeni njihovim imenom. Na kraju krajeva, prema ranim izvorima, verovalo se da je to grupa jedinjenja u čijoj strukturi postoje atomi ugljenika povezani sa molekulima vode.

Detaljnija analiza, kao i akumulirane informacije o raznovrsnosti ovih supstanci omogućile su da dokaže da svi predstavnici nemaju samo takav sastav. Međutim, ovaj znak je i dalje jedan od onih koji određuju strukturu ugljenih hidrata.

Moderna klasifikacija ove grupe jedinjenja je sledeća:

1. Monosaharidi (riboza, fruktoza, glukoza i tako dalje).
2. Oligosaharidi (bioze, triose).
3. Polisaharidi (skrob, celuloza).

Takođe, svi ugljeni hidrati se mogu podeliti na sledeće dve velike grupe:

• Vraćanje;
• Ne-obnavljanje.

Struktura molekula ugljenih hidrata svake grupe detaljno se razmatra.

Monosaharidi: karakteristični

Ova kategorija uključuje sve proste ugljene hidrate koji sadrže aldehidnu (aldozu) ili ketonsku (ketoznu) grupu i ne više od 10 atoma ugljenika u strukturi lanca. Ako pogledate broj atoma u glavnom lancu, onda se monosaharidi mogu podeliti na:

• Triose (glicerol aldehid);
• Tetrosi (erituloza, eritroza);
• Pentoze (riboza i deoksiriboza);
• Heksoze (glukoza, fruktoza).

Svi drugi predstavnici nisu toliko važni za telo kako je navedeno.

Karakteristike strukture molekula

U svojoj strukturi monozemi mogu biti predstavljeni kako u obliku lanca, tako iu obliku cikličnih ugljenih hidrata. Kako se to dogodilo? Stvar je u tome što je centralni atom ugljenika u jedinici asimetrični centar oko koga je molekul u rastvoru u mogućnosti da rotira. Tako se formiraju optički izomeri monosaharida L- i D-oblika. U ovom slučaju formula glukoze, napisana u obliku ravnog lanca, može se mentalno shvatiti kao aldehidna grupacija (ili keton) i valjana u loptu. Dobijamo odgovarajuću cikličnu formulu.

Hemijska struktura ugljenih hidrata serije monozona je sasvim jednostavna: niz atoma ugljenika koji čine lanac ili ciklus, od kojih je svaki na različitoj ili na jednoj strani lociran hidroksil grupe i atomi vodonika. Ako su sve iste strukture na istoj strani, onda se formira D-izomer, ako se drugačije menjaju jedni od drugih - onda L-izomer. Ako zapišemo opštu formulu najčešćeg predstavnika glukoznih monosaharida u molekularnom obliku, ona će imati oblik: C ₆ H ₁₂ O ₆ . I ovaj zapis odražava strukturu i fruktozu. Na kraju krajeva, hemijski su ova dva monozema strukturni izomeri. Glukoza - aldehidni alkohol, fruktoza - ketoalkohol.

Struktura i svojstva ugljenih hidrata brojnih monosaharida su tesno povezani. Na kraju krajeva, zbog prisustva aldehidne i ketonske grupacije u strukturi, oni pripadaju aldehidnim i ketonskim alkoholima, koji određuju njihovu hemijsku prirodu i reakcije na koje mogu ući.

Na taj način, glukoza pokazuje sledeća hemijska svojstva:

1. Reakcije zbog prisustva karbonilne grupe:

• Oksidacija - reakcija "srebrnog ogledala";
• Sa sveže precipitiranim bakarnim (II) hidroksidom - aldonska kiselina;
• Jaki oksidanti mogu da formiraju dibazne kiseline (Aldar), transformišući ne samo aldehid, već i jednu hidroksilnu grupu;
• Oporavak - pretvara se u polihidrične alkohole.

2. U molekulu postoje i hidroksilne grupe, koje odražavaju strukturu. Karakteristike ugljenih hidrata, na koje utiču ove grupe:

• Sposobnost alkilacije - formiranje etara;
• Acilacija - formiranje estara ;
• Kvalitativna reakcija na bakar (II) hidroksid.

3. Usklađene osobine glukoze:

• Oleaginous acid;
• Alkohol;
• Lactic fermentation.

Izvedene funkcije u telu

Struktura i funkcije ugljenih hidrata određenog broja monozoma su usko povezani. Drugi su, prije svega, učešće u biohemijskim reakcijama živih organizama. Kakvu ulogu igraju monosaharidi?

1. Osnova za proizvodnju oligo- i polisaharida.
2. Pentoze (riboza i deoksiriboza) su najvažniji molekuli uključeni u stvaranje ATP, RNK i DNK. A oni su, s druge strane, glavni dobavljači naslednog materijala, energije i proteina.
3. Sadržaj koncentracije glukoze u ljudskoj krvi je tačan pokazatelj osmotskog pritiska i njegovih promena.

Oligosaharidi: struktura

Struktura ugljenih hidrata ove grupe svedena je na prisustvo dve (dioksidne) ili tri (triozne) molekule monosaharida u kompoziciji. Postoje i one sa 4, 5 ili više struktura (do 10), ali najčešće su disaharidi. To jest, tokom hidrolize takva jedinjenja raste sa formiranjem glukoze, fruktoze, pentoze i tako dalje. Koje veze se nalaze u ovoj kategoriji? Tipičan primjer je saharoza (obični šećerni lanac ), laktoza (glavna komponenta mleka), maltoza, laktuloza, izomaltoza.

Hemijska struktura ugljenih hidrata ove serije ima sledeće karakteristike:

1. Opšta formula molekularnih vrsta je: C ₁₂ H ₂₂ O _11.
2. Dva identična ili različita ostatka monazida u strukturi disaharida spojena su zajedno sa glikozidnim mostom. Karakter ovog jedinjenja će zavisiti od smanjenja sposobnosti šećera.
3. Regenerirajuće disaharide. Struktura ugljenih hidrata ove vrste sastoji se u formiranju glikozidnog mosta između hidroksila aldehida i hidroksilnih grupa različitih monomolekularnih molekula. Ovo uključuje: maltozu, laktozu i tako dalje.
4. Ne-smanjenje - tipičan primer saharoze - kada se most formira između hidroksila samo odgovarajućih grupa, bez učešća aldehidne strukture.

Stoga se struktura ugljenih hidrata može kratko predstaviti u obliku molekulske formule. Ako je potrebna detaljna struktura, onda se može predstaviti pomoću Fisher grafičkih projekcija ili Hevors formula. Konkretno, dva ciklična monomera (monozemi) su ili različita ili identična (u zavisnosti od oligosaharida), spojena zajedno sa glikozidnim mostom. Prilikom izgradnje, potrebno je uzeti u obzir kapacitet za vraćanje za ispravan prikaz veze.

Primjeri molekula disaharida

Ako je zadatak u formi: "Zapazite karakteristike strukture ugljenih hidrata", onda je za disaharide najbolje prvo pokazati koji ostaci monoze se sastoje od. Najčešći tipovi su:

• Saharoza - izgrađena je od alfa-glukoze i betta-fruktoze;
• Maltoza - od ostataka glukoze;
• Cellobiose - sastoji se od dva ostatka beta-glukozne D-forme;
• Laktoza - galaktoza + glukoza;
• Laktuloza - galaktoza + fruktoza i tako dalje.

Zatim, na osnovu dostupnih ostataka, treba napraviti strukturnu formulu sa jasnim receptom za tip glikozidnog mosta.

Značaj za žive organizme

Uloga disaharida je veoma velika, ne samo da je struktura važna. Funkcije ugljenih hidrata i masti su uglavnom slične. Osnova je energetska komponenta. Ipak, za neke individualne disaharide, njihov poseban značaj treba da bude naznačen.

1. Saharoza je glavni izvor glukoze u ljudskom tijelu.
2. Laktoza se nalazi u majčino mleko sisara, uključujući i kod žena do 8%.
3. Laktuloza se dobija u laboratoriji za medicinsku upotrebu, a takođe se dodaje i proizvodnji mlečnih proizvoda.

Svaki disaharid, trisaharid i tako dalje u ljudskom tijelu i drugim stvorenjima prolaze instant hidrolizu formiranjem monoze. Ova osobina je osnova za korišćenje ove klase ugljenih hidrata od strane osobe u sirovoj, nepromenjenoj formi (šećerna ili šećerna trska).

Polisaharidi: molekularne osobine

Funkcije, sastav i struktura ugljenih hidrata ove serije su od velikog značaja za organizme živih bića, kao i za ljudske ekonomske aktivnosti. Prvo, neophodno je razumeti koji ugljeni hidrati pripadaju polisaharidima.

Mnogo ih ima:

• Skrob;
• Glikogen;
• Murine;
• Glukomannan;
• Celuloza;
• Dextrin;
• Galaktomanan;
• Muromin;
• Pektinske supstance;
• Amiloza;
• Chitin.

Ovo nije potpuna lista, već samo najvažnija za životinje i biljke. Ako izvršite zadatak "Zapazite posebnosti strukture ugljenih hidrata iz više polisaharida", prvo najprije trebate obratiti pažnju na njihovu prostornu strukturu. Ovo su veoma obimni, gigantski molekuli koji se sastoje od stotina monomernih jedinica, ukrštenih sa glikozidnim hemijskim vezama. Često, struktura ugljenih hidrata molekula polisaharida je slojeviti sastav.

Postoji definitivna klasifikacija takvih molekula.

1. Homopolisaharidi - sastoje se od identičnih množenja ponavljajućih jedinica monosaharida. U zavisnosti od monozoa mogu biti heksoze, pentoze i tako dalje (glukani, mananovi, galaktani).
2. Heteropolisaharidi se formiraju od strane različitih monomernih jedinica.

Za jedinjenja sa linearnom prostornom strukturom, na primjer, treba uključiti celulozu. Razvijena struktura ima većinu polisaharida - skroba, glikogena, kitina i tako dalje.

Uloga živih bića u telu

Struktura i funkcije ugljenih hidrata u ovoj grupi su usko povezane sa vitalnom aktivnošću svih bića. Na primjer, biljke u obliku rezervnog hranjivača akumuliraju skrob u različitim dijelovima pucanja ili korena. Glavni izvor energije za životinje je ponovo polisaharidi, pri čemu se često stvara dosta energije.

Ugljikohidrati u strukturi ćelije igraju veoma značajnu ulogu. Od chitina je pokrivač mnogih insekata i rakova, miševa - komponenta ćelijskog zida bakterija, celuloza je osnova biljaka.

Rezervni hranjivac životinjskog porekla su molekuli glikogena, ili, kako se često nazivaju, životinjske masti. Skladištena je u odvojenim delovima tela i ne vrši samo energiju, već i zaštitnu funkciju od mehaničkih uticaja.

Za većinu organizama, struktura ugljenih hidrata je od velike važnosti. Biologija svake životinje i biljke je takva da zahteva stalan izvor energije, neiscrpna. A to mogu samo oni, a pre svega u obliku polisaharida. Dakle, potpuno cepanje od 1 g ugljenih hidrata kao rezultat metaboličkih procesa dovodi do oslobađanja od 4,1 kcal energije! Ovo je maksimalna, nema više veza. Zato ugljeni hidrati moraju nužno biti prisutni u ishrani bilo koje osobe i životinje. Biljke se brinu i za sebe: u procesu fotosinteze formiraju skrob u sebi i čuvaju ga.

Zajednička svojstva ugljenih hidrata

Slična je struktura masti, proteina i ugljenih hidrata. Na kraju krajeva, sve su makromolekule. Čak su i neke njihove funkcije uobičajene prirode. Neophodno je generalizirati ulogu i značaj svih ugljenih hidrata u životu biomase planete.

1. Sastav i struktura ugljenih hidrata označava njihovu upotrebu kao građevinski materijal za ljusku biljnih ćelija, membrane životinja i bakterija, kao i formiranje intracelularnih organela.
2. Zaštitna funkcija. Karakteristična je za biljne organizme i manifestuje se u formiranju šiljaka, trnja i tako dalje.
3. Plastična uloga - formiranje vitalnih molekula (DNK, RNA, ATP i drugi).
4. Receptor funkcija. Polisaharidi i oligosaharidi su aktivni učesnici transportnih transporta kroz ćelijsku membranu, "stražari" koji uhvate efekte.
5. Energetska uloga je najznačajniji. Pruža maksimalnu energiju za sve intracelularne procese, kao i za rad celog organizma u celini.
6. Regulacija osmotskog pritiska - glukoza vrši takvu kontrolu.
7. Neki polisaharidi postaju rezervna hraniva, izvor energije za životinjska bića.

Stoga je očigledno da su odlučujuća i odlučujuća struktura masti, proteina i ugljenih hidrata, njihove funkcije i uloga u organizmima živih sistema. Ovi molekuli su kreatori života, oni ga čuvaju i podržavaju.

Ugljikohidrati sa drugim visoko-molekularnim jedinjenjima

Takođe, uloga ugljenih hidrata nije poznata u čistoj formi, već u kombinaciji sa drugim molekulima. Na takav način je moguće nositi tako najrasprostranjenije, kao što su:

• Glikozaminoglikani ili mukopolisaharidi;
• Glikoproteini.

Struktura i svojstva ugljenih hidrata ove vrste su prilično složeni, jer se razne funkcionalne grupe pridružuju kompleksu. Glavna uloga ovih vrsta molekula 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 primer, glikoproteini ili lipopolisaharidi. Njihovo postojanje je važno u formiranju imunoloških reakcija tela, jer su deo ćelija limfnog sistema.