Propiedades y estructura de carbohidratos. Funciones de carbohidratos

Para el cuerpo humano, así como para el restoseres vivos, se necesita energía. Sin él, no es posible ningún proceso. Después de todo, cada reacción bioquímica, cualquier proceso enzimático o etapa del metabolismo necesita una fuente de energía.

Por tanto, el valor de las sustancias que aportanla fuerza del cuerpo para vivir es muy grande e importante. ¿Qué tipo de sustancias son? Hidratos de carbono, proteínas, grasas. La estructura de cada uno de ellos es diferente, pertenecen a clases de compuestos químicos completamente diferentes, pero una de sus funciones es similar: proporcionar al cuerpo la energía necesaria para la vida. Consideremos un grupo de las sustancias enumeradas: carbohidratos.

Clasificación de carbohidratos

Composición y estructura de los carbohidratos desde su descubrimientodeterminado por su nombre. De hecho, según las primeras fuentes, se creía que este es un grupo de compuestos en cuya estructura hay átomos de carbono asociados con moléculas de agua.

Un análisis más profundo, así como el acumuladola información sobre la diversidad de estas sustancias permitió demostrar que no todos los representantes tienen solo esa composición. Sin embargo, este rasgo sigue siendo uno de los que determina la estructura de los carbohidratos.

La clasificación moderna de este grupo de compuestos es la siguiente:

1. Monosacáridos (ribosa, fructosa, glucosa, etc.)
2. Oligosacáridos (bios, triosas).
3. Polisacáridos (almidón, celulosa).

Además, todos los carbohidratos se pueden dividir en los siguientes dos grandes grupos:

• restaurar;
• no restaurable.

Consideremos la estructura de las moléculas de carbohidratos de cada grupo con más detalle.

Monosacáridos: características

Esta categoría incluye todo simplecarbohidratos que contienen grupos aldehído (aldosas) o cetona (cetosa) y no más de 10 átomos de carbono en la estructura de la cadena. Si observa la cantidad de átomos en la cadena principal, los monosacáridos se pueden dividir en:

• triosas (gliceraldehído);
• tetrosas (eritrulosa, eritrosis);
• pentosa (ribosa y desoxirribosa);
• hexosa (glucosa, fructosa).

Todos los demás representantes no son tan importantes para el organismo como los enumerados.

Características de la estructura de las moléculas.

Por su estructura, las monosas se pueden representartanto en forma de cadena como en forma de carbohidrato cíclico. ¿Como sucedió esto? El punto es que el átomo de carbono central en el compuesto es un centro asimétrico alrededor del cual la molécula en solución puede girar. Así es como se forman los isómeros ópticos de los monosacáridos en forma L y D. En este caso, la fórmula de la glucosa, escrita en forma de cadena lineal, puede ser captada mentalmente por el grupo aldehído (o cetona) y enrollada en una bola. Obtendrá la fórmula cíclica correspondiente.

La estructura química de los carbohidratos de varias monosas.bastante simple: una serie de átomos de carbono que forman una cadena o un ciclo, de cada uno de los cuales los grupos hidroxilo y los átomos de hidrógeno se encuentran en diferentes o en un lado. Si todas las estructuras del mismo nombre están en un lado, entonces se forma el isómero D, si son diferentes con alternancia entre sí, entonces el isómero L. Si escribimos la fórmula general del representante más común de los monosacáridos de glucosa en forma molecular, entonces se verá así: C₆H₁₂Oh₆... Además, este registro también refleja la estructura de la fructosa. Después de todo, químicamente, estas dos monosas son isómeros estructurales. La glucosa es un alcohol aldehído, la fructosa es un alcohol cetogénico.

La estructura y propiedades de los carbohidratos de varios monosacáridos.estrechamente relacionada. De hecho, debido a la presencia de grupos aldehído y cetona en la estructura, pertenecen a los alcoholes aldehídos y cetónicos, lo que determina su naturaleza química y las reacciones en las que pueden entrar.

Entonces, la glucosa exhibe las siguientes propiedades químicas:

1. Reacciones debidas a la presencia de un grupo carbonilo:

• la oxidación es una reacción de "espejo de plata";
• con hidróxido de cobre (II) recién precipitado - ácido aldónico;
• los oxidantes fuertes pueden formar ácidos dibásicos (aldárico), transformando no solo el aldehído, sino también un grupo hidroxilo;
• recuperación - convertido en alcoholes polihídricos.

2. La molécula también contiene grupos hidroxilo, que reflejan la estructura. Propiedades de los carbohidratos que se ven afectados por estas agrupaciones:

• la capacidad de alquilarse: la formación de éteres;
• acilación: la formación de ésteres;
• reacción cualitativa al hidróxido de cobre (II).

3. Propiedades altamente específicas de la glucosa:

• ácido butírico;
• alcohol;
• fermentación del ácido láctico.

Funciones realizadas en el cuerpo.

La estructura y funciones de los carbohidratos de varias monosas están estrechamente relacionadas. Estos últimos consisten, en primer lugar, en la participación en reacciones bioquímicas de organismos vivos. ¿Qué papel juegan los monosacáridos en esto?

1. La base para la producción de oligo y polisacáridos.
2. Las pentosas (ribosa y desoxirribosa) son las moléculas más importantes involucradas en la formación de ATP, ARN y ADN. Y ellos, a su vez, son los principales proveedores de material hereditario, energía y proteínas.
3. La concentración de glucosa en la sangre humana es un indicador confiable de la presión osmótica y sus cambios.

Oligosacáridos: estructura

La estructura de este grupo de carbohidratos se reduce ala presencia de dos (diose) o tres (triosa) moléculas de monosacáridos en la composición. También los hay con 4, 5 o más estructuras (hasta 10), pero los más habituales son los disacáridos. Es decir, durante la hidrólisis, dichos compuestos se descomponen con la formación de glucosa, fructosa, pentosa, etc. ¿Qué conexiones hay en esta categoría? Los ejemplos típicos son sacarosa (azúcar de caña común), lactosa (el componente principal de la leche), maltosa, lactulosa, isomaltosa.

La estructura química de esta serie de carbohidratos tiene las siguientes características:

1. Fórmula molecular general: C₁₂H₂₂Oh_11.
2. Dos residuos idénticos o diferentes de un monosla estructura del disacárido está interconectada por medio de un puente glicosídico. La capacidad reductora del azúcar dependerá de la naturaleza de este compuesto.
3. Reductores de disacáridos.La estructura de este tipo de carbohidratos consiste en la formación de un puente glicosídico entre el hidroxilo del aldehído y los grupos hidroxilo de diferentes moléculas de monozimas. Estos incluyen: maltosa, lactosa, etc.
4. No reductor, un ejemplo típico de sacarosa, cuando se forma un puente entre los hidroxilos de solo los grupos correspondientes, sin la participación de la estructura del aldehído.

Por tanto, la estructura de los carbohidratos puede ser brevementepresentado como una fórmula molecular. Si se necesita una estructura expandida detallada, entonces se puede representar utilizando las proyecciones gráficas de Fischer o las fórmulas de Hewors. Específicamente, dos monómeros cíclicos (monosas) son diferentes o iguales (dependiendo del oligosacárido) conectados por un puente glicosídico. Al construir, se debe tener en cuenta la capacidad de restauración para la visualización correcta de la conexión.

Ejemplos de moléculas de disacáridos

Si la tarea tiene la forma: "Observe las características estructurales de los carbohidratos", entonces, para los disacáridos, es mejor indicar primero en qué residuos de monosis se compone. Los tipos más comunes son:

• sacarosa - construida a partir de alfa-glucosa y beta-fructosa;
• maltosa - de residuos de glucosa;
• celobiosa: consta de dos residuos de beta-glucosa en forma D;
• lactosa - galactosa + glucosa;
• lactulosa - galactosa + fructosa y así sucesivamente.

Luego, en base a los residuos disponibles, se debe elaborar una fórmula estructural con una prescripción clara del tipo de puente glucosídico.

Importancia para los organismos vivos

El papel de los disacáridos también es muy importante, es importante no soloestructura. Las funciones de los carbohidratos y las grasas son generalmente similares. Se basa en el componente energético. Sin embargo, para algunos disacáridos individuales, debe indicarse su significado especial.

1. La sacarosa es la principal fuente de glucosa del cuerpo humano.
2. La lactosa se encuentra en la leche materna de los mamíferos, incluida la leche femenina, hasta en un 8%.
3. La lactulosa se obtiene en el laboratorio para uso médico y también se agrega a la producción de productos lácteos.

Cualquier disacárido, trisacárido, etc.enel cuerpo humano y otras criaturas sufren una hidrólisis instantánea con la formación de monosas. Es esta característica la que subyace al uso de esta clase de carbohidratos por parte de los humanos en su forma cruda, sin cambios (remolacha o azúcar de caña).

Polisacáridos: características moleculares

Funciones, composición y estructura de esta serie de carbohidratosson de gran importancia para los organismos de los seres vivos, así como para la actividad económica humana. Primero, debe averiguar qué carbohidratos son polisacáridos.

Hay bastantes de ellos:

• almidon
• glucógeno;
• murein;
• glucomanano;
• celulosa;
• dextrina;
• galactomanano;
• muromin;
• sustancias de pectina;
• amilosa;
• quitina.

Esta no es una lista completa, solo la más significativa paraanimales y plantas. Si realiza la tarea "Tenga en cuenta las características estructurales de los carbohidratos de varios polisacáridos", primero debe prestar atención a su estructura espacial. Estas son moléculas gigantes muy voluminosas, que constan de cientos de unidades monoméricas, unidas por enlaces químicos glicosídicos. A menudo, la estructura de las moléculas de carbohidratos polisacáridos es una composición en capas.

Existe una cierta clasificación de tales moléculas.

1. Homopolisacáridos: consisten en las mismas unidades repetidas de monosacáridos. Dependiendo de las monosas, pueden ser hexosas, pentosas, etc. (glucanos, mananos, galactanos).
2. Heteropolisacáridos: formados por diferentes unidades monoméricas.

Los compuestos con una estructura espacial lineal deberían incluir, por ejemplo, celulosa. La mayoría de los polisacáridos tienen una estructura ramificada: almidón, glucógeno, quitina, etc.

Papel en el cuerpo de los seres vivos

La estructura y función de los carbohidratos de este grupo está estrechamenteasociado con la vida de todos los seres. Entonces, por ejemplo, las plantas en forma de un nutriente de reserva acumulan almidón en diferentes partes del brote o raíz. La principal fuente de energía para los animales son nuevamente los polisacáridos, cuya descomposición produce mucha energía.

Los carbohidratos juegan un papel muy importante en la estructura de la célula. La cubierta de muchos insectos y crustáceos consiste en quitina, la mureína es un componente de la pared celular de las bacterias, la celulosa es la base de las plantas.

Reserva nutriente animalorigen: estas son moléculas de glucógeno o, como se le llama más a menudo, grasa animal. Se almacena en ciertas partes del cuerpo y realiza no solo energía, sino también una función protectora contra influencias mecánicas.

Para la mayoría de los organismos es de gran importanciaestructura de carbohidratos. La biología de cada animal y planta es tal que requiere una fuente de energía constante, inagotable. Y solo ellos pueden dar esto, y sobre todo en forma de polisacáridos. Entonces, la descomposición completa de 1 g de carbohidratos como resultado de los procesos metabólicos conduce a la liberación de 4.1 kcal de energía. Este es el máximo, ninguna conexión da más. Es por eso que los carbohidratos deben estar presentes en la dieta de cualquier persona y animal. Las plantas, en cambio, se cuidan solas: en el proceso de fotosíntesis, forman almidón en su interior y lo almacenan.

Propiedades generales de los carbohidratos

La estructura de grasas, proteínas y carbohidratos es generalmente similar.Después de todo, todas son macromoléculas. Incluso algunas de sus funciones son de naturaleza común. Debe generalizarse el papel y la importancia de todos los carbohidratos en la vida de la biomasa del planeta.

1. La composición y estructura de los carbohidratos implicansu uso como material de construcción para la membrana de células vegetales, membranas de animales y bacterias, así como la formación de orgánulos intracelulares.
2. Función protectora. Es característico de los organismos vegetales y se manifiesta en la formación de espinas, espinas, etc.
3. El papel plástico es la formación de moléculas vitales (ADN, ARN, ATP y otras).
4. Función de receptor. Los polisacáridos y oligosacáridos son participantes activos en los transportes a través de la membrana celular, "protectores" que capturan los efectos.
5. El papel de la energía es el más significativo. Aporta la máxima energía para todos los procesos intracelulares, así como el trabajo de todo el organismo.
6. Regulación de la presión osmótica: la glucosa realiza este control.
7. Algunos polisacáridos se convierten en un nutriente de reserva, una fuente de energía para los seres animales.

Por tanto, es obvio que la estructura de las grasas,proteínas y carbohidratos, sus funciones y papel en los organismos de los sistemas vivos son de decisiva y decisiva importancia. Estas moléculas son las creadoras de la vida, también la preservan y la sustentan.

Carbohidratos con otros compuestos de alto peso molecular.

El papel de los carbohidratos también se conoce no en forma pura, sino en combinación con otras moléculas. Estos incluyen los más comunes, como:

• glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos;
• glicoproteínas.

La estructura y propiedades de este tipo de carbohidratos.bastante complicado, porque el complejo combina una variedad de grupos funcionales. El papel principal de las moléculas de este tipo es la participación en muchos procesos de vida de los organismos. Los representantes son: ácido hialurónico, condroitín sulfato, heparán, queratán sulfato y otros.

También hay complejos de polisacáridos conotras moléculas biológicamente activas. Por ejemplo, glicoproteínas o lipopolisacáridos. Su existencia es importante en la formación de reacciones inmunológicas del organismo, ya que forman parte de las células del sistema linfático.