Proprietà e struttura dei carboidrati. Funzioni dei carboidrati

Per il corpo umano, così come per il restogli esseri viventi hanno bisogno di energia. Senza di esso, nessun processo è possibile. Dopo tutto, ogni reazione biochimica, qualsiasi processo enzimatico o fase del metabolismo necessita di una fonte di energia.

Pertanto, il valore delle sostanze che fornisconola forza di vivere del corpo è molto grande e importante. Quali sono queste sostanze? Carboidrati, proteine, grassi. La struttura di ciascuno di essi è diversa, appartengono a classi completamente diverse di composti chimici, ma una delle loro funzioni è simile: fornire al corpo l'energia necessaria per la vita. Consideriamo un gruppo delle sostanze elencate: i carboidrati.

Classificazione dei carboidrati

Composizione e struttura dei carboidrati dalla loro scopertadeterminato dal loro nome. In effetti, secondo le prime fonti, si credeva che questo fosse un tale gruppo di composti nella cui struttura sono presenti atomi di carbonio associati a molecole d'acqua.

Analisi più approfondite oltre che accumulatele informazioni sulla diversità di queste sostanze ci hanno permesso di dimostrare che non tutti i rappresentanti hanno solo una tale composizione. Tuttavia, questo tratto è ancora uno di quelli che determina la struttura dei carboidrati.

La classificazione moderna di questo gruppo di composti è la seguente:

1. Monosaccaridi (ribosio, fruttosio, glucosio, ecc.)
2. Oligosaccaridi (bios, triosi).
3. Polisaccaridi (amido, cellulosa).

Inoltre, tutti i carboidrati possono essere suddivisi nei seguenti due grandi gruppi:

• ripristino;
• non ripristinabile.

Consideriamo più in dettaglio la struttura delle molecole di carboidrati di ciascun gruppo.

Monosaccaridi: caratteristiche

Questa categoria include tutti i semplicicarboidrati che contengono gruppi aldeidici (aldosi) o chetoni (chetosi) e non più di 10 atomi di carbonio nella struttura della catena. Se guardi il numero di atomi nella catena principale, i monosaccaridi possono essere suddivisi in:

• triosi (gliceraldeide);
• tetrosi (eritrulosio, eritrosio);
• pentosio (ribosio e desossiribosio);
• esosio (glucosio, fruttosio).

Tutti gli altri rappresentanti non sono importanti per l'ente quanto quelli elencati.

Caratteristiche della struttura delle molecole

Dalla loro struttura, i monosi possono essere rappresentatisia sotto forma di una catena che sotto forma di un carboidrato ciclico. Come avviene questo? Il fatto è che l'atomo di carbonio centrale in un composto è un centro asimmetrico attorno al quale può ruotare una molecola in soluzione. È così che si formano gli isomeri ottici dei monosaccaridi di forma L e D. In questo caso, la formula del glucosio, scritta sotto forma di una catena lineare, può essere afferrata mentalmente dal gruppo aldeidico (o chetone) e arrotolata in una palla. Otterrai la formula ciclica corrispondente.

La struttura chimica dei carboidrati di parecchi monosiabbastanza semplice: una serie di atomi di carbonio che formano una catena o un ciclo, da ciascuno dei quali si trovano gruppi idrossilici e atomi di idrogeno su un lato diverso o su un lato. Se tutte le strutture con lo stesso nome sono su un lato, si forma l'isomero D, se sono diversi con l'alternanza l'uno dell'altro, allora l'isomero L. Se annotiamo la formula generale del rappresentante più comune dei monosaccaridi di glucosio in forma molecolare, sarà simile a: C₆H₁₂oh₆... Inoltre, questo record riflette anche la struttura del fruttosio. Dopo tutto, chimicamente, questi due monosi sono isomeri strutturali. Il glucosio è un alcol aldeidico, il fruttosio è un alcol chetogenico.

La struttura e le proprietà dei carboidrati di numerosi monosaccaridistrettamente correlato. Infatti, per la presenza di gruppi aldeidici e chetonici nella struttura, appartengono ad aldeidi e alcoli chetonici, che ne determina la natura chimica e le reazioni in cui sono in grado di entrare.

Quindi, il glucosio mostra le seguenti proprietà chimiche:

1. Reazioni dovute alla presenza di un gruppo carbonile:

• l'ossidazione è una reazione "specchio d'argento";
• con idrossido di rame (II) appena precipitato - acido aldonico;
• i forti ossidanti sono in grado di formare acidi bibasici (aldarici), trasformando non solo l'aldeide, ma anche un gruppo idrossile;
• recupero - convertito in alcoli poliidrici.

2. La molecola contiene anche gruppi idrossilici, che ne riflettono la struttura. Le proprietà dei carboidrati che sono influenzati da questi raggruppamenti:

• la capacità di alchilare - la formazione di eteri;
• acilazione: la formazione di esteri;
• reazione qualitativa all'idrossido di rame (II).

3. Proprietà altamente specifiche del glucosio:

• acido butirrico;
• alcol;
• fermentazione lattica.

Funzioni svolte nel corpo

La struttura e le funzioni dei carboidrati di un certo numero di monosi sono strettamente correlate. Questi ultimi consistono, prima di tutto, nella partecipazione a reazioni biochimiche degli organismi viventi. Qual è il ruolo dei monosaccaridi in questo?

1. La base per la produzione di oligo e polisaccaridi.
2. I pentosi (ribosio e desossiribosio) sono le molecole più importanti coinvolte nella formazione di ATP, RNA e DNA. E loro, a loro volta, sono i principali fornitori di materiale ereditario, energia e proteine.
3. La concentrazione di glucosio nel sangue umano è un indicatore affidabile della pressione osmotica e dei suoi cambiamenti.

Oligosaccaridi: struttura

La struttura dei carboidrati in questo gruppo è ridotta ala presenza di due (diosio) o tre (triosio) molecole di monosaccaride nella composizione. Ci sono quelli con 4, 5 o più strutture (fino a 10), ma i più comuni sono i disaccaridi. Cioè, durante l'idrolisi, tali composti si decompongono con la formazione di glucosio, fruttosio, pentosio e così via. Quali collegamenti ci sono in questa categoria? Esempi tipici sono il saccarosio (comune zucchero di canna), il lattosio (il principale componente del latte), il maltosio, il lattulosio, l'isomaltosio.

La struttura chimica di questa serie di carboidrati ha le seguenti caratteristiche:

1. Formula molecolare generale: C₁₂H₂₂oh_11.
2. Due residui identici o diversi di un monosle strutture del disaccaride sono interconnesse per mezzo di un ponte glicosidico. La capacità riducente dello zucchero dipenderà dalla natura di questo composto.
3. Ridurre i disaccaridi. La struttura di questo tipo di carboidrati consiste nella formazione di un ponte glicosidico tra l'idrossile dell'aldeide e i gruppi idrossilici di diverse molecole di monosi. Questi includono: maltosio, lattosio e così via.
4. Non riducente - tipico esempio di saccarosio - quando si forma un ponte tra gli idrossili dei soli gruppi corrispondenti, senza la partecipazione della struttura aldeidica.

Pertanto, la struttura dei carboidrati può essere brevementepresentato come formula molecolare. Se è necessaria una struttura dettagliata dettagliata, è possibile rappresentarla utilizzando le proiezioni grafiche di Fischer o le formule di Hewors. Nello specifico, due monomeri ciclici (monosi) sono diversi o uguali (a seconda dell'oligosaccaride), legati da un ponte glicosidico. Durante la costruzione, è necessario tenere in considerazione la capacità di ripristino di visualizzare correttamente la connessione.

Esempi di molecole disaccaridiche

Se il compito è nella forma: "Annotare le caratteristiche strutturali dei carboidrati", allora per i disaccaridi è meglio indicare prima di quali residui di monosi è costituito. I tipi più comuni sono:

• saccarosio - costituito da alfa glucosio e beta fruttosio;
• maltosio: dai residui di glucosio;
• cellobiose - consiste di due residui di beta-glucosio in forma D;
• lattosio - galattosio + glucosio;
• lattulosio - galattosio + fruttosio e così via.

Quindi, sulla base dei residui disponibili, dovrebbe essere redatta una formula strutturale con una chiara prescrizione del tipo di ponte glicosidico.

Importanza per gli organismi viventi

Anche il ruolo dei disaccaridi è molto importante, è importante non solostruttura. Le funzioni dei carboidrati e dei grassi sono generalmente simili. Si basa sulla componente energetica. Tuttavia, per alcuni singoli disaccaridi, dovrebbe essere indicato il loro significato particolare.

1. Il saccarosio è la principale fonte di glucosio nel corpo umano.
2. Il lattosio si trova nel latte materno dei mammiferi, compreso il latte femminile fino all'8%.
3. Il lattulosio si ottiene in laboratorio per uso medico e viene aggiunto anche alla produzione di latticini.

Qualsiasi disaccaride, trisaccaride e così viail corpo umano e altre creature subiscono un'idrolisi istantanea per formare monosi. È questa caratteristica che sta alla base dell'utilizzo di questa classe di carboidrati da parte dell'uomo nella loro forma grezza e invariata (barbabietola o zucchero di canna).

Polisaccaridi: caratteristiche molecolari

Funzioni, composizione e struttura di questa serie di carboidratisono di grande importanza per gli organismi degli esseri viventi, così come per l'attività economica umana. Innanzitutto, devi capire quali carboidrati sono polisaccaridi.

Ce ne sono alcuni:

• amido;
• glicogeno;
• mureina;
• glucomannano;
• cellulosa;
• destrina;
• galattomannano;
• muromin;
• sostanze pectiniche;
• amilosio;
• chitina.

Questo non è un elenco completo, ma solo il più significativo peranimali e piante. Se esegui il compito "Annota le caratteristiche strutturali dei carboidrati di un certo numero di polisaccaridi", prima di tutto dovresti prestare attenzione alla loro struttura spaziale. Si tratta di molecole giganti molto voluminose, costituite da centinaia di unità monomeriche, legate tra loro da legami chimici glicosidici. Spesso la struttura delle molecole dei carboidrati dei polisaccaridi è una composizione a strati.

Esiste una certa classificazione di tali molecole.

1. Omopolisaccaridi: sono costituiti dalle stesse unità ripetitive di monosaccaridi. A seconda dei monosi, possono essere esosi, pentosi e così via (glucani, mannani, galattani).
2. Eteropolisaccaridi - formati da diverse unità monomeriche.

I composti con una struttura spaziale lineare dovrebbero includere, ad esempio, la cellulosa. La maggior parte dei polisaccaridi ha una struttura ramificata: amido, glicogeno, chitina e così via.

Ruolo nel corpo degli esseri viventi

La struttura e la funzione dei carboidrati di questo gruppo sono vicineassociato alla vita di tutti gli esseri. Ad esempio, le piante sotto forma di una riserva nutritiva accumulano l'amido in diverse parti del germoglio o della radice. La principale fonte di energia per gli animali sono ancora i polisaccaridi, la cui scomposizione produce molta energia.

I carboidrati svolgono un ruolo molto importante nella struttura cellulare. La copertura di molti insetti e crostacei è costituita da chitina, la mureina è un componente della parete cellulare dei batteri, la cellulosa è la base delle piante.

Riserva nutrienti animaliorigine: si tratta di molecole di glicogeno o, come viene più spesso chiamato, grasso animale. È immagazzinato in alcune parti del corpo e svolge non solo energia, ma anche una funzione protettiva contro le influenze meccaniche.

Per la maggior parte degli organismi è di grande importanzastruttura dei carboidrati. La biologia di ogni animale e pianta è tale da richiedere una fonte di energia costante, inesauribile. E solo loro possono darlo, e soprattutto sotto forma di polisaccaridi. Quindi, la completa ripartizione di 1 g di carboidrati a seguito di processi metabolici porta al rilascio di 4,1 kcal di energia! Questo è il massimo, nessun collegamento ne dà più. Ecco perché i carboidrati devono essere presenti nella dieta di qualsiasi persona e animale. Le piante, invece, si prendono cura di se stesse: nel processo di fotosintesi, formano dentro di sé l'amido e lo immagazzinano.

Proprietà generali dei carboidrati

La struttura di grassi, proteine ​​e carboidrati è generalmente simile. Dopotutto, sono tutte macromolecole. Anche alcune delle loro funzioni sono di natura comune. Il ruolo e il significato di tutti i carboidrati nella vita della biomassa del pianeta dovrebbero essere generalizzati.

1. La composizione e la struttura dei carboidrati implicanoil loro uso come materiale da costruzione per la membrana di cellule vegetali, membrane di animali e batteri, nonché la formazione di organelli intracellulari.
2. Funzione protettiva. È caratteristico degli organismi vegetali e si manifesta nella formazione di spine, spine e così via.
3. Il ruolo plastico è la formazione di molecole vitali (DNA, RNA, ATP e altri).
4. Funzione recettore. I polisaccaridi e gli oligosaccaridi partecipano attivamente ai trasferimenti di trasporto attraverso la membrana cellulare, "guardie" che catturano gli effetti.
5. Il ruolo energetico è il più significativo. Fornisce la massima energia per tutti i processi intracellulari, così come il lavoro dell'intero organismo.
6. Regolazione della pressione osmotica: il glucosio esegue questo controllo.
7. Alcuni polisaccaridi diventano una riserva nutritiva, una fonte di energia per gli esseri animali.

Quindi, è ovvio che la struttura dei grassi,proteine ​​e carboidrati, le loro funzioni e il ruolo negli organismi dei sistemi viventi sono di importanza decisiva e determinante. Queste molecole sono le creatrici della vita, la preservano e la supportano.

Carboidrati con altri composti ad alto peso molecolare

Il ruolo dei carboidrati è noto anche non in forma pura, ma in combinazione con altre molecole. Questi includono i più comuni, come:

• glicosaminoglicani o mucopolisaccaridi;
• glicoproteine.

La struttura e le proprietà di questo tipo di carboidratiabbastanza complesso, perché il complesso combina una varietà di gruppi funzionali. Il ruolo principale delle molecole di questo tipo è la partecipazione a molti processi vitali degli organismi. I rappresentanti sono: acido ialuronico, condroitin solfato, eparano, cheratan solfato e altri.

Esistono anche complessi di polisaccaridi conaltre molecole biologicamente attive. Ad esempio, glicoproteine ​​o lipopolisaccaridi. La loro esistenza è importante nella formazione delle reazioni immunologiche del corpo, poiché fanno parte delle cellule del sistema linfatico.