Ιδιότητες και δομή των υδατανθράκων. Λειτουργίες υδατανθράκων

Για το ανθρώπινο σώμα, καθώς και για τα υπόλοιπατα ζωντανά όντα χρειάζονται ενέργεια. Χωρίς αυτήν, καμία διαδικασία δεν μπορεί να προχωρήσει. Εξάλλου, κάθε βιοχημική αντίδραση, οποιαδήποτε ενζυματική διαδικασία ή στάδιο μεταβολισμού χρειάζεται μια πηγή ενέργειας.

Ως εκ τούτου, η αξία των ουσιών που παρέχουνη σωματική δύναμη στη 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 - παρέχοντας στο σώμα την απαραίτητη ενέργεια για ζωή. Εξετάστε μία ομάδα των αναφερόμενων ουσιών - υδατάνθρακες.

Ταξινόμηση υδατανθράκων

Σύνθεση και δομή των υδατανθράκων από την ανακάλυψή τουςκαθορίζεται από το όνομά τους. Πράγματι, σύμφωνα με τις πρώτες πηγές, πιστεύεται ότι πρόκειται για μια τέτοια ομάδα ενώσεων στη δομή των οποίων υπάρχουν άτομα άνθρακα που σχετίζονται με μόρια νερού.

Μια πιο εμπεριστατωμένη ανάλυση καθώς και το συσσωρευμένοπληροφορίες σχετικά με την ποικιλομορφία αυτών των ουσιών επέτρεψαν να αποδειχθεί ότι δεν έχουν όλοι οι εκπρόσωποι μόνο μια τέτοια σύνθεση. Ωστόσο, αυτό το χαρακτηριστικό εξακολουθεί να είναι ένα από εκείνα που καθορίζουν τη δομή των υδατανθράκων.

Η σύγχρονη ταξινόμηση αυτής της ομάδας ενώσεων έχει ως εξής:

1. Μονοσακχαρίτες (ριβόζη, φρουκτόζη, γλυκόζη κ.λπ.)
2. Ολιγοσακχαρίτες (bios, trioses).
3. Πολυσακχαρίτες (άμυλο, κυτταρίνη).

Επίσης, όλοι οι υδατάνθρακες μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες δύο μεγάλες ομάδες:

• αποκατάσταση?
• μη επαναφορά.

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη δομή των μορίων υδατανθράκων κάθε ομάδας.

Μονοσακχαρίτες: χαρακτηριστικά

Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει όλα τα απλάυδατάνθρακες που περιέχουν ομάδες αλδεhyδης (αλδόζες) ή κετόνης (κετόζη) και όχι περισσότερα από 10 άτομα άνθρακα στη δομή της αλυσίδας. Εάν κοιτάξετε τον αριθμό των ατόμων στην κύρια αλυσίδα, τότε οι μονοσακχαρίτες μπορούν να χωριστούν σε:

• τριόζες (γλυκεραλδεyδη).
• tetroses (ερυθρολόζη, ερυθρότητα).
• πεντόζη (ριβόζη και δεοξυριβόζη).
• εξόζη (γλυκόζη, φρουκτόζη).

Όλοι οι άλλοι εκπρόσωποι δεν είναι τόσο σημαντικοί για το σώμα όσο αυτοί που αναφέρονται.

Χαρακτηριστικά της δομής των μορίων

Με τη δομή τους, μπορούν να αναπαρασταθούν οι μονότοποιτόσο 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 μπορεί να περιστραφεί ένα μόριο στο διάλυμα. Έτσι σχηματίζονται τα οπτικά ισομερή των μονοσακχαριτών μορφής L και D. Σε αυτή την περίπτωση, ο τύπος γλυκόζης, γραμμένος με τη μορφή μιας ευθείας αλυσίδας, μπορεί να συλληφθεί νοητικά από την ομάδα αλδεϋδης (ή κετόνη) και να τυλιχτεί σε μια μπάλα. Θα λάβετε τον αντίστοιχο κυκλικό τύπο.

Η χημική δομή των υδατανθράκων μιας σειράς μονόζωναρκετά απλό: μια σειρά ατόμων άνθρακα που σχηματίζουν μια αλυσίδα ή έναν κύκλο, από το καθένα από τα οποία υδροξυλομάδες και άτομα υδρογόνου βρίσκονται σε διαφορετικές ή στη μία πλευρά. Εάν όλες οι δομές του ίδιου ονόματος βρίσκονται στη μία πλευρά, τότε σχηματίζεται το D-ισομερές, αν διαφέρουν μεταξύ τους με εναλλαγή, τότε το L-ισομερές. Εάν καταγράψουμε τον γενικό τύπο του πιο κοινού εκπροσώπου των μονοσακχαριτών γλυκόζης σε μοριακή μορφή, τότε θα μοιάζει με: C₆H₁₂Ω₆... Επιπλέον, αυτό το αρχείο αντικατοπτρίζει τη δομή της φρουκτόζης επίσης. Άλλωστε, χημικά, αυτές οι δύο μονόζες είναι δομικά ισομερή. Η γλυκόζη είναι αλδεϋδική αλκοόλη, η φρουκτόζη είναι κετογονική αλκοόλη.

Η δομή και οι ιδιότητες των υδατανθράκων ενός αριθμού μονοσακχαριτώνστενά συνδεδεμένα. Πράγματι, λόγω της παρουσίας ομάδων αλδεϋδης και κετόνης στη δομή, ανήκουν σε αλδεhyδες και κετονικές αλκοόλες, γεγονός που καθορίζει τη χημική φύση τους και τις αντιδράσεις στις οποίες είναι σε θέση να εισέλθουν.

Έτσι, η γλυκόζη εμφανίζει τις ακόλουθες χημικές ιδιότητες:

1. Αντιδράσεις λόγω παρουσίας μιας ομάδας καρβονυλίου:

• Η οξείδωση είναι μια αντίδραση "ασημένιου καθρέφτη".
• με πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο του χαλκού (II) - αλδονικό οξύ.
• ισχυρά οξειδωτικά είναι σε θέση να σχηματίσουν διβασικά οξέα (αλδαρικά), μετασχηματίζοντας όχι μόνο την αλδεϋδη, αλλά και μία υδροξυλομάδα.
• ανάκτηση - μετατρέπεται σε πολυϋδρικές αλκοόλες.

2. Το μόριο περιέχει επίσης ομάδες υδροξυλίου, οι οποίες αντανακλούν τη δομή. Ιδιότητες υδατανθράκων που επηρεάζονται από αυτές τις ομάδες:

• η ικανότητα αλκυλίωσης - ο σχηματισμός αιθέρων.
• ακυλίωση - ο σχηματισμός εστέρων.
• ποιοτική αντίδραση στο υδροξείδιο του χαλκού (II).

3. Ιδιαίτερα συγκεκριμένες ιδιότητες της γλυκόζης:

• βουτυρικό οξύ;
• αλκοόλ;
• ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Λειτουργίες που εκτελούνται στο σώμα

Η δομή και οι λειτουργίες των υδατανθράκων μιας σειράς μονόζων είναι στενά συνδεδεμένες. Τα τελευταία συνίστανται, πρώτα απ 'όλα, στη συμμετοχή σε βιοχημικές αντιδράσεις ζωντανών οργανισμών. Τι ρόλο παίζουν οι μονοσακχαρίτες σε αυτό;

1. Η βάση για την παραγωγή ολιγο- και πολυσακχαριτών.
2. Οι πεντόζες (ριβόζη και δεοξυριβόζη) είναι τα πιο σημαντικά μόρια που εμπλέκονται στο σχηματισμό ATP, RNA και DNA. Και αυτοί, με τη σειρά τους, είναι οι κύριοι προμηθευτές κληρονομικού υλικού, ενέργειας και πρωτεϊνών.
3. Η συγκέντρωση γλυκόζης στο ανθρώπινο αίμα είναι ένας αξιόπιστος δείκτης της οσμωτικής πίεσης και των αλλαγών της.

Ολιγοσακχαρίτες: δομή

Η δομή αυτής της ομάδας υδατανθράκων μειώνεται σεη παρουσία δύο (διόζης) ή τριών (τριόζης) μορίων μονοσακχαριτών στη σύνθεση. Υπάρχουν εκείνα με 4, 5 ή περισσότερες δομές (έως 10), αλλά οι πιο συνηθισμένοι είναι οι δισακχαρίτες. Δηλαδή, κατά την υδρόλυση, τέτοιες ενώσεις αποσυντίθενται με το σχηματισμό γλυκόζης, φρουκτόζης, πεντόζης κ.ο.κ. Ποιες συνδέσεις υπάρχουν σε αυτήν την κατηγορία; Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η σακχαρόζη (κοινή ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο), η λακτόζη (το κύριο συστατικό του γάλακτος), η μαλτόζη, η λακτουλόζη, η ισομαλτόζη.

Η χημική δομή αυτής της σειράς υδατανθράκων έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Γενικός μοριακός τύπος: C₁₂H₂₂Ω_11.
2. Δύο πανομοιότυπα ή διαφορετικά υπολείμματα μονόζης στοη δομή του δισακχαρίτη διασυνδέονται μέσω γλυκοσιδικής γέφυρας. Η αναγωγική ικανότητα ζάχαρης θα εξαρτηθεί από τη φύση αυτής της ένωσης.
3. Μείωση των δισακχαριτών.Η δομή αυτού του τύπου υδατανθράκων συνίσταται στο σχηματισμό μιας γλυκοσιδικής γέφυρας μεταξύ του υδροξυλίου των αλδεϋδών και των υδροξυλομάδων διαφορετικών μορίων μονοζύμων. Αυτά περιλαμβάνουν: μαλτόζη, λακτόζη και ούτω καθεξής.
4. Μη αναγωγή - τυπικό παράδειγμα σακχαρόζης - όταν σχηματίζεται γέφυρα μεταξύ των υδροξυλίων μόνο των αντίστοιχων ομάδων, χωρίς τη συμμετοχή της δομής αλδεϋδης.

Έτσι, η δομή των υδατανθράκων μπορεί να είναι εν συντομίαπαρουσιάζεται ως μοριακός τύπος. Εάν απαιτείται μια λεπτομερής λεπτομερής δομή, τότε μπορεί να απεικονιστεί χρησιμοποιώντας τις γραφικές προβολές του Fischer ή τους τύπους του Hewors. Συγκεκριμένα, δύο κυκλικά μονομερή (μονόζες) είναι είτε διαφορετικά είτε τα ίδια (ανάλογα με τον ολιγοσακχαρίτη), που συνδέονται με γλυκοσιδική γέφυρα. Κατά την κατασκευή, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η ικανότητα επαναφοράς για τη σωστή εμφάνιση της σύνδεσης.

Παραδείγματα μορίων δισακχαρίτη

Εάν η εργασία έχει τη μορφή: "Σημειώστε τα δομικά χαρακτηριστικά των υδατανθράκων", τότε για τους δισακχαρίτες είναι καλύτερο να αναφέρετε πρώτα από ποια υπολείμματα μονόζων αποτελείται. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι:

• σακχαρόζη - φτιαγμένη από άλφα γλυκόζη και βήτα φρουκτόζη.
• μαλτόζη - από υπολείμματα γλυκόζης.
• cellobiose-αποτελείται από δύο υπολείμματα β-γλυκόζης σε μορφή D.
• λακτόζη - γαλακτόζη + γλυκόζη.
• λακτουλόζη - γαλακτόζη + φρουκτόζη και ούτω καθεξής.

Στη συνέχεια, με βάση τα διαθέσιμα υπολείμματα, θα πρέπει να συνταχθεί ένας δομικός τύπος με σαφή συνταγή για τον τύπο της γλυκοσιδικής γέφυρας.

Σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς

Ο ρόλος των δισακχαριτών είναι επίσης πολύ σημαντικός, είναι σημαντικός όχι μόνοδομή. Οι λειτουργίες των υδατανθράκων και των λιπών είναι γενικά παρόμοιες. Βασίζεται στο ενεργειακό συστατικό. Ωστόσο, για ορισμένους μεμονωμένους δισακχαρίτες, θα πρέπει να αναφέρεται η ιδιαίτερη σημασία τους.

1. Η σακχαρόζη είναι η κύρια πηγή γλυκόζης στο ανθρώπινο σώμα.
2. Η λακτόζη βρίσκεται στο μητρικό γάλα θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένου του θηλυκού γάλακτος, έως και 8%.
3. Η λακτουλόζη λαμβάνεται στο εργαστήριο για ιατρική χρήση και προστίθεται επίσης στην παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων.

Οποιοσδήποτε δισακχαρίτης, τρισακχαρίτης και ούτω καθεξής μέσατο ανθρώπινο σώμα και άλλα πλάσματα υφίστανται άμεση υδρόλυση με το σχηματισμό μονόζων. Είναι αυτό το χαρακτηριστικό που στηρίζει τη χρήση αυτής της κατηγορίας υδατανθράκων από τους ανθρώπους στην ακατέργαστη, αμετάβλητη μορφή τους (ζάχαρη τεύτλων ή ζαχαροκάλαμου).

Πολυσακχαρίτες: μοριακά χαρακτηριστικά

Λειτουργίες, σύνθεση και δομή αυτής της σειράς υδατανθράκωνέχουν μεγάλη σημασία για τους οργανισμούς των ζωντανών όντων, καθώς και για την οικονομική δραστηριότητα του ανθρώπου. Πρώτον, πρέπει να καταλάβετε ποιοι υδατάνθρακες είναι πολυσακχαρίτες.

Υπάρχουν αρκετά από αυτά:

• άμυλο;
• γλυκογόνο;
• murein?
• γλυκομαννάνη;
• κυτταρίνη;
• δεξτρίνη;
• γαλακτομανναν?
• muromin?
• ουσίες πηκτίνης.
• αμυλόζη?
• χιτίνη.

Αυτός δεν είναι ένας πλήρης κατάλογος, αλλά μόνο ο πιο σημαντικός γιαζώα και 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, που συνδέονται μεταξύ τους με γλυκοσιδικούς χημικούς δεσμούς. Συχνά η δομή των μορίων υδατανθράκων πολυσακχαρίτη είναι μια πολυεπίπεδη σύνθεση.

Υπάρχει μια ορισμένη ταξινόμηση τέτοιων μορίων.

1. Ομοπολυσακχαρίτες - αποτελούνται από τις ίδιες επαναλαμβανόμενες μονάδες μονοσακχαριτών. Ανάλογα με τις μονόζες, μπορεί να είναι εξόζες, πεντόζες και ούτω καθεξής (γλυκάνες, μανάνες, γαλακτάνες).
2. Ετεροπολυσακχαρίτες - σχηματίζονται από διαφορετικές μονομερείς μονάδες.

Οι ενώσεις με γραμμική χωρική δομή πρέπει να περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, κυτταρίνη. Οι περισσότεροι πολυσακχαρίτες έχουν διακλαδισμένη δομή - άμυλο, γλυκογόνο, χιτίνη κ.ο.κ.

Ρόλος στο σώμα των ζωντανών πραγμάτων

Η δομή και η λειτουργία των υδατανθράκων αυτής της ομάδας είναι στενάσυνδέονται με τη ζωή όλων των όντων. Για παράδειγμα, τα φυτά με τη μορφή ενός εφεδρικού θρεπτικού συστατικού συσσωρεύουν άμυλο σε διαφορετικά μέρη του βλαστού ή της ρίζας. Η κύρια πηγή ενέργειας για τα ζώα είναι και πάλι οι πολυσακχαρίτες, η διάσπαση των οποίων παράγει πολλή 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 κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων, η κυτταρίνη είναι η βάση των φυτών.

Αποθεματικό ζωικών θρεπτικών συστατικώνπροέλευσης - αυτά είναι μόρια γλυκογόνου ή, όπως συνηθέστερα ονομάζεται, ζωικό λίπος. Αποθηκεύεται σε ορισμένα μέρη του σώματος και εκτελεί όχι μόνο ενέργεια, αλλά και προστατευτική λειτουργία από μηχανικές επιδράσεις.

Για τους περισσότερους οργανισμούς έχει μεγάλη σημασίαδομή των υδατανθράκων. Η βιολογία κάθε ζώου και φυτού είναι τέτοια που απαιτεί μια σταθερή πηγή ενέργειας, ανεξάντλητη. Και μόνο αυτοί μπορούν να το δώσουν αυτό, 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, καμία σύνδεση δεν δίνει περισσότερα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι υδατάνθρακες πρέπει να υπάρχουν στη διατροφή οποιουδήποτε ατόμου και ζώου. Τα φυτά, από την άλλη πλευρά, φροντίζουν τον εαυτό τους: κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σχηματίζουν άμυλο μέσα τους και το αποθηκεύουν.

Γενικές ιδιότητες των υδατανθράκων

Η δομή των λιπών, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων είναι γενικά παρόμοια.Άλλωστε, όλα είναι μακρομόρια. Ακόμη και μερικές από τις λειτουργίες τους είναι κοινής φύσης. Ο ρόλος και η σημασία όλων των υδατανθράκων στη ζωή της βιομάζας του πλανήτη πρέπει να συνοψιστεί.

1. Η σύνθεση και η δομή των υδατανθράκων συνεπάγεταιη χρήση τους ως δομικό υλικό για τη μεμβράνη φυτικών κυττάρων, μεμβρανών ζώων και βακτηρίων, καθώς και το σχηματισμό ενδοκυττάριων οργανιδίων.
2. Προστατευτική λειτουργία. Είναι χαρακτηριστικό των φυτικών οργανισμών και εκδηλώνεται στο σχηματισμό αγκάθια, αγκάθια κ.ο.κ.
3. Ο πλαστικός ρόλος είναι ο σχηματισμός ζωτικών μορίων (DNA, RNA, ATP και άλλα).
4. Λειτουργία υποδοχέα. Οι πολυσακχαρίτες και οι ολιγοσακχαρίτες είναι ενεργοί συμμετέχοντες στις μεταφορές μέσω της κυτταρικής μεμβράνης, «προστατευτές» που αποτυπώνουν τα αποτελέσματα.
5. Ο ενεργειακός ρόλος είναι ο πιο σημαντικός. Παρέχει τη μέγιστη ενέργεια για όλες τις ενδοκυτταρικές διεργασίες, καθώς και το έργο ολόκληρου του οργανισμού.
6. Ρύθμιση της οσμωτικής πίεσης - η γλυκόζη εκτελεί αυτόν τον έλεγχο.
7. Ορισμένοι πολυσακχαρίτες μετατρέπονται σε θρεπτικό συστατικό, πηγή ενέργειας για τα ζώα.

Έτσι, είναι προφανές ότι η δομή των λιπών,οι πρωτεΐνες και οι υδατάνθρακες, οι λειτουργίες και ο ρόλος τους στους οργανισμούς των ζωντανών συστημάτων έχουν καθοριστική και καθοριστική σημασία. Αυτά τα μόρια είναι οι δημιουργοί της ζωής, επίσης τη διατηρούν και την υποστηρίζουν.

Υδατάνθρακες με άλλες ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους

Ο ρόλος των υδατανθράκων είναι επίσης γνωστός όχι σε καθαρή μορφή, αλλά σε συνδυασμό με άλλα μόρια. Αυτά περιλαμβάνουν τα πιο συνηθισμένα, όπως:

• γλυκοζαμινογλυκάνες ή βλεννοπολυσακχαρίτες.
• γλυκοπρωτεΐνες.

Η δομή και οι ιδιότητες αυτού του τύπου υδατανθράκωνμάλλον περίπλοκο, επειδή το συγκρότημα συνδυάζει μια ποικιλία λειτουργικών ομάδων. Ο κύριος ρόλος των μορίων αυτού του τύπου είναι η συμμετοχή σε πολλές διαδικασίες ζωής των οργανισμών. Εκπρόσωποι είναι: υαλουρονικό οξύ, θειική χονδροϊτίνη, ηπαράν, θειική κερατάνη και άλλα.

Υπάρχουν επίσης σύμπλοκα πολυσακχαριτών μεάλλα βιολογικά ενεργά μόρια. Για παράδειγμα, γλυκοπρωτεΐνες ή λιποπολυσακχαρίτες. Η ύπαρξή τους είναι σημαντική στον σχηματισμό ανοσολογικών αντιδράσεων του σώματος, αφού αποτελούν μέρος των κυττάρων του λεμφικού συστήματος.