Vlastnosti a struktura sacharidů. Funkce sacharidů

Pro lidské tělo i pro ostatníživé bytosti potřebují energii. Bez ní nemůže pokračovat žádný proces. Koneckonců každá biochemická reakce, jakýkoli enzymatický proces nebo stupeň metabolismu potřebuje zdroj energie.

Hodnota poskytnutí látektělesná síla k životu je velmi velká a důležitá. Co jsou tyto látky? Sacharidy, bílkoviny, tuky. Struktura každé z nich je odlišná, patří k zcela odlišným třídám chemických sloučenin, ale jedna z jejich funkcí je podobná - poskytuje tělu potřebnou energii na celý život. Zvažte jednu skupinu uvedených látek - sacharidy.

Klasifikace sacharidů

Složení a struktura uhlohydrátů od jejich objevupodle jejich jména. Podle prvních zdrojů se věřilo, že se jedná o takovou skupinu sloučenin, jejichž struktura obsahuje atomy uhlíku spojené s molekulami vody.

Důkladnější analýza a shromážděníinformace o rozmanitosti těchto látek umožňují prokázat, že ne všichni zástupci mají pouze takové složení. Nicméně, tato vlastnost je stále jedním z těch, které určuje strukturu sacharidů.

Moderní klasifikace této skupiny sloučenin je následující:

1. Monosacharidy (ribóza, fruktóza, glukóza atd.).
2. Oligosacharidy (biosy, triozy).
3. Polysacharidy (škrob, celulóza).

Všechny sacharidy lze také rozdělit do následujících dvou velkých skupin:

• obnovení;
• neopravitelné.

Struktura molekul sacharidů v každé skupině se bude bližší.

Monosacharidy: vlastnosti

Tato kategorie zahrnuje všechny jednoduchésacharidy, které obsahují aldehydové (aldózové) nebo ketonové (ketózové) skupiny a ne více než 10 atomů uhlíku ve struktuře řetězce. Pokud se podíváte na počet atomů v hlavním řetězci, lze monosacharidy rozdělit na:

• triózy (glyceraldehyd);
• tetrózy (erytrulóza, erytróza);
• pentóza (ribóza a deoxyribóza);
• hexóza (glukóza, fruktóza).

Všichni ostatní zástupci nejsou pro tělo tak důležití jako ti uvedení.

Vlastnosti struktury molekul

Podle jejich struktury mohou být zastoupeny monózyjak ve formě řetězce, tak ve formě cyklického uhlohydrátu. Jak se to stalo? Jde o to, že centrální atom uhlíku ve sloučenině je asymetrické centrum, kolem kterého se může molekula v roztoku otáčet. Takto vznikají optické izomery monosacharidů ve formě L a D. V tomto případě může být glukózový vzorec napsaný ve formě přímého řetězce mentálně uchopen aldehydovou skupinou (nebo ketonem) a srolován do koule. Získá se odpovídající cyklický vzorec.

Chemická struktura sacharidů řady monózcelkem jednoduché: řada atomů uhlíku tvořící řetězec nebo cyklus, z nichž jsou hydroxylové skupiny a atomy vodíku umístěny na různých nebo na jedné straně. Pokud jsou všechny struktury se stejným názvem na jedné straně, pak se vytvoří D-izomer, pokud se liší vzájemným střídáním, pak L-izomer. Pokud si zapíšeme obecný vzorec nejběžnějšího zástupce monosacharidů glukózy v molekulární formě, bude vypadat takto: C₆H₁₂O₆... Tento záznam navíc odráží i strukturu fruktózy. Chemicky jsou tyto dvě monosy strukturální izomery. Glukóza je aldehydový alkohol, fruktóza je ketogenní alkohol.

Struktura a vlastnosti sacharidů řady monosacharidůúzce souvisí. Ve skutečnosti díky přítomnosti aldehydových a ketonových skupin ve struktuře patří k aldehydovým a ketonovým alkoholům, což určuje jejich chemickou povahu a reakce, do kterých jsou schopni vstoupit.

Glukóza tedy vykazuje následující chemické vlastnosti:

1. Reakce v důsledku přítomnosti karbonylové skupiny:

• oxidace je reakce „stříbrného zrcadla“;
• s čerstvě vysráženým hydroxidem měďnatým - aldonovou;
• silná oxidační činidla jsou schopna tvořit dvojsytné kyseliny (aldarové), které transformují nejen aldehyd, ale také jednu hydroxylovou skupinu;
• zotavení - přeměněno na vícesytné alkoholy.

2. Molekula také obsahuje hydroxylové skupiny, což odráží strukturu. Vlastnosti sacharidů, které jsou ovlivněny těmito seskupeními:

• schopnost alkylovat - tvorba etherů;
• acylace - tvorba esterů;
• kvalitativní reakce na hydroxid měďnatý.

3. Vysoce specifické vlastnosti glukózy:

• kyselina máselná;
• alkohol;
• fermentace kyselinou mléčnou.

Funkce prováděné v těle

Struktura a funkce sacharidů řady monóz spolu úzce souvisí. Posledně jmenované spočívají především v účasti na biochemických reakcích živých organismů. Jakou roli v tom hrají monosacharidy?

1. Základ pro výrobu oligo- a polysacharidů.
2. Pentózy (ribóza a deoxyribóza) jsou nejdůležitější molekuly podílející se na tvorbě ATP, RNA a DNA. A oni jsou zase hlavními dodavateli dědičného materiálu, energie a bílkovin.
3. Koncentrace glukózy v lidské krvi je spolehlivým indikátorem osmotického tlaku a jeho změn.

Oligosacharidy: struktura

Struktura sacharidů v této skupině je snížena napřítomnost dvou (diosa) nebo tří (triose) monosacharidových molekul v kompozici. Existují ty, které mají 4, 5 nebo více struktur (až 10), ale nejběžnější jsou disacharidy. To znamená, že během hydrolýzy se takové sloučeniny rozkládají za vzniku glukózy, fruktózy, pentózy atd. Jaké sloučeniny jsou v této kategorii? Typickými příklady jsou sacharóza (běžný třtinový cukr), laktóza (hlavní složka mléka), maltóza, laktulóza, isomaltóza.

Chemická struktura této řady sacharidů má následující vlastnosti:

1. Obecný molekulární vzorec: C₁₂H₂₂O_11.
2. Dva stejné nebo různé monosové zbytky vstruktura disacharidu je propojena pomocí glykosidového můstku. Redukční kapacita cukru bude záviset na povaze této sloučeniny.
3. Snižování disacharidů.Struktura tohoto typu sacharidů spočívá ve vytvoření glykosidického můstku mezi hydroxylem aldehydu a hydroxylovými skupinami různých molekul monozymu. Patří mezi ně: maltóza, laktóza atd.
4. Neredukující - typický příklad sacharózy - když se vytvoří můstek mezi hydroxyly pouze odpovídajících skupin, bez účasti aldehydové struktury.

Stručně tedy může být struktura sacharidůprezentovány jako molekulární vzorec. Pokud je zapotřebí podrobná rozšířená struktura, pak ji lze zobrazit pomocí Fischerových grafických projekcí nebo Heworsových vzorců. Konkrétně dva cyklické monomery (monózy) jsou buď odlišné nebo stejné (v závislosti na oligosacharidu), spojené glykosidickým můstkem. Při vytváření byste měli vzít v úvahu schopnost obnovení správně zobrazit připojení.

Příklady disacharidových molekul

Pokud je úkol ve formě: „Všimněte si strukturních rysů sacharidů,“ pak je pro disacharidy nejlepší nejprve uvést, ze kterých zbytků monos se skládá. Nejběžnější typy jsou:

• sacharóza - vyrobená z alfa glukózy a beta fruktózy;
• maltóza - ze zbytků glukózy;
• celobióza - sestává ze dvou zbytků beta-glukózy ve formě D;
• laktóza - galaktóza + glukóza;
• laktulóza - galaktóza + fruktóza atd.

Poté by měl být na základě dostupných reziduí vypracován strukturní vzorec s jasným předpisem typu glykosidického můstku.

Význam pro živé organismy

Role disacharidů je také velmi důležitá, je důležitá nejenstruktura. Funkce sacharidů a tuků jsou obecně podobné. Je založen na energetické složce. U některých jednotlivých disacharidů by však měl být uveden jejich zvláštní význam.

1. Sacharóza je hlavním zdrojem glukózy v lidském těle.
2. Laktóza se nachází v mateřském mléce savců, včetně mateřského mléka, a to až do 8%.
3. Laktulóza se získává v laboratoři pro lékařské použití a přidává se také do výroby mléčných výrobků.

Veškerý disacharid, trisacharid atdlidské tělo a další tvorové podléhají okamžité hydrolýze s tvorbou monóz. Právě tato vlastnost je základem použití této třídy sacharidů lidmi v surové nezměněné formě (řepný nebo třtinový cukr).

Polysacharidy: molekulární rysy

Funkce, složení a struktura sacharidů této řadymají velký význam pro organismy živých bytostí i pro lidskou ekonomickou činnost. Nejprve musíte zjistit, které sacharidy jsou polysacharidy.

Je jich docela dost:

• škrob;
• glykogen;
• murein;
• glukomannan;
• celulóza;
• dextrin;
• galaktomannan;
• muromin;
• pektinové látky;
• amylóza;
• chitin.

Toto není úplný seznam, ale pouze nejvýznamnější prozvířata a rostliny. Pokud provádíte úkol „Všimněte si strukturních vlastností sacharidů řady polysacharidů“, měli byste nejprve věnovat pozornost jejich prostorové struktuře. Jedná se o velmi objemné obrovské molekuly, které se skládají ze stovek monomerních jednotek spojených glykosidickými chemickými vazbami. Struktura molekul sacharidů polysacharidů je často vrstvená kompozice.

Existuje určitá klasifikace takových molekul.

1. Homopolysacharidy - skládají se ze stejných opakujících se jednotek monosacharidů. V závislosti na monózách to mohou být hexózy, pentózy atd. (Glukany, manany, galaktany).
2. Heteropolysacharidy - tvořené různými monomerními jednotkami.

Sloučeniny s lineární prostorovou strukturou by měly zahrnovat například celulózu. Většina polysacharidů má rozvětvenou strukturu - škrob, glykogen, chitin atd.

Role v těle živých věcí

Struktura a funkce sacharidů této skupiny je blízkáspojené se životem všech bytostí. Například rostliny hromadí škrob v různých částech výhonku nebo kořene jako rezervní živina. Hlavním zdrojem energie pro zvířata jsou opět polysacharidy, jejichž rozpad produkuje velké množství energie.

Sacharidy hrají velmi důležitou roli v buněčné struktuře. Kryt mnoha druhů hmyzu a korýšů se skládá z chitinu, murein je součástí buněčné stěny bakterií, celulóza je základem rostlin.

Rezervní živina pro zvířatapůvod - to jsou molekuly glykogenu, nebo, jak se tomu říká častěji, živočišný tuk. Ukládá se v určitých částech těla a plní nejen energii, ale také ochrannou funkci proti mechanickým vlivům.

Pro většinu organismů má velký významstruktura sacharidů. Biologie každého zvířete a rostliny je taková, že vyžaduje neustálý nevyčerpatelný zdroj energie. A jen oni to mohou dát, a především ve formě polysacharidů. Takže úplné rozložení 1 g sacharidů v důsledku metabolických procesů vede k uvolnění 4,1 kcal energie! Toto je maximum, žádné připojení již neposkytuje. Proto musí být ve stravě jakékoli osoby a zvířete přítomny sacharidy. Rostliny se naproti tomu o sebe starají: v procesu fotosyntézy vytvářejí uvnitř sebe škrob a ukládají ho.

Obecné vlastnosti sacharidů

Struktura tuků, bílkovin a sacharidů je obecně podobná.Koneckonců, jsou to všechny makromolekuly. Dokonce i některé z jejich funkcí mají společnou povahu. Je třeba zobecnit roli a význam všech sacharidů v životě biomasy planety.

1. Složení a struktura sacharidů znamenájejich použití jako stavebního materiálu pro membránu rostlinných buněk, membrány zvířat a bakterií, jakož i pro tvorbu intracelulárních organel.
2. Ochranná funkce. Je charakteristický pro rostlinné organismy a projevuje se tvorbou trní, trní atd.
3. Plastovou rolí je tvorba životně důležitých molekul (DNA, RNA, ATP a dalších).
4. Funkce receptoru. Polysacharidy a oligosacharidy jsou aktivními účastníky transportních transportů přes buněčnou membránu, „strážci“, kteří zachycují účinky.
5. Nejvýznamnější je energetická role. Poskytuje maximální energii pro všechny intracelulární procesy i práci celého organismu.
6. Regulace osmotického tlaku - tuto kontrolu provádí glukóza.
7. Některé polysacharidy se stávají rezervní živinou, zdrojem energie pro zvířecí bytosti.

Je tedy zřejmé, že struktura tuků,bílkoviny a sacharidy, jejich funkce a role v organismech živých systémů mají rozhodující a určující význam. Tyto molekuly jsou tvůrci života, také ho zachovávají a podporují.

Sacharidy s jinými sloučeninami s vysokou molekulovou hmotností

Role sacharidů je také známa ne v čisté formě, ale v kombinaci s jinými molekulami. Patří mezi nejběžnější, například:

• glykosaminoglykany nebo mukopolysacharidy;
• glykoproteiny.

Struktura a vlastnosti tohoto typu sacharidůpoměrně složité, protože komplex kombinuje řadu funkčních skupin. Hlavní rolí molekul tohoto typu je účast na mnoha životních procesech organismů. Zástupci jsou: kyselina hyaluronová, chondroitin sulfát, heparan, keratansulfát a další.

Existují také komplexy polysacharidů sjiné biologicky aktivní molekuly. Například glykoproteiny nebo lipopolysacharidy. Jejich existence je důležitá při tvorbě imunologických reakcí těla, protože jsou součástí buněk lymfatického systému.