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炭水化物の性質と構造炭水化物の機能

人体にとっても、他人にとっても、生き物はエネルギーを必要とします。それがなければ、いかなるプロセスも実行できません。結局のところ、あらゆる生化学反応、酵素プロセス、代謝段階にはエネルギー源が必要です。

したがって、提供する物質の重要性は、生命を維持するための体の強さは非常に大きく、重要です。これらの物質は何ですか?炭水化物、タンパク質、脂肪。それらのそれぞれの構造は異なり、完全に異なるクラスの化合物に属しますが、それらの機能の1つは似ており、生命に必要なエネルギーを体に提供します。リストされている物質のグループの 1 つである炭水化物について考えてみましょう。

炭水化物の分類

発見以来の炭水化物の組成と構造彼らの名前によって決まります。結局のところ、初期の情報源によると、これは水分子と結合した炭素原子を構造に含む化合物のグループであると考えられていました。

より徹底的な分析と蓄積これらの物質の多様性に関する情報により、すべての代表者がこの組成だけを持っているわけではないことを証明することができました。しかし、この特徴は依然として炭水化物の構造を決定する特徴の 1 つです。

このグループの化合物の最新の分類は次のとおりです。

単糖類（リボース、フルクトース、グルコースなど）。
オリゴ糖（ビオス、トリオース）。
多糖類（デンプン、セルロース）。

また、すべての炭水化物は次の 2 つの大きなグループに分類できます。

修復的な;
非修復的。

各グループの炭水化物分子の構造をさらに詳しく見てみましょう。

単糖類の特徴

このカテゴリにはシンプルなものがすべて含まれますアルデヒド (アルドース) またはケトン (ケトース) 基を含み、鎖構造に 10 個以下の炭素原子を含む炭水化物。主鎖の原子の数に注目すると、単糖は次のように分類できます。

トリオース（グリセルアルデヒド）;
テトロース (エリスローロース、エリスロース);
ペントース (リボースおよびデオキシリボース);
ヘキソース（グルコース、フルクトース）。

他のすべての代表者は、リストされているものほど身体にとって重要ではありません。

分子の構造の特徴

それらの構造に従って、モノーゼを表すことができます鎖の形と環状炭水化物の両方の形で。これはどうして起こるのでしょうか?問題は、化合物の中心の炭素原子が不斉中心であり、その周りを溶液中の分子が回転できるということです。このようにして、L型単糖とD型単糖の光学異性体が形成されます。この場合、直鎖の形で書かれたグルコースの式は、アルデヒド基 (またはケトン) によって精神的に掴まれ、ボール状に丸められます。対応する循環式が得られます。

モノセス系炭水化物の化学構造非常に単純です。一連の炭素原子が鎖または環を形成し、それぞれのヒドロキシル基と水素原子が異なる側または片側に位置しています。同じ名前のすべての構造が片側にある場合は D 異性体が形成され、異なる側に交互にある場合は L 異性体が形成されます。最も一般的な代表的なグルコース単糖の一般式を分子の形で書き留めると、次のようになります。₆H₁₂ああ₆。さらに、このエントリはフルクトースの構造も反映しています。結局のところ、これら 2 つのモノロースは化学的には構造異性体です。グルコースはアルデヒドアルコール、フルクトースはケトアルコールです。

多くの単糖類の炭水化物の構造と性質は密接に相互に関連しています。実際、構造内にアルデヒド基とケトン基が存在するため、それらはアルデヒドアルコールとケトンアルコールに属し、それによって化学的性質とそれらが入り得る反応が決まります。

したがって、グルコースは次の化学的性質を示します。

1. カルボニル基の存在によって引き起こされる反応:

酸化 - 「銀の鏡」反応。
新たに沈殿した水酸化銅(II) - アルドン酸を使用。
強力な酸化剤は二塩基酸 (アルダル酸) を形成することができ、アルデヒド基だけでなく 1 つのヒドロキシル基も変換します。
還元 - 多価アルコールに変換されます。

2. 分子には構造を反映するヒドロキシル基も含まれています。これらのグループによって影響を受ける炭水化物の特性:

アルキル化 - エーテルを形成する能力;
アシル化 - エステルの形成。
水酸化銅(II)への定性反応。

3. グルコースの狭義の特性:

酪酸;
アルコール;
乳酸発酵。

体内で行われる機能

多くの単糖類における炭水化物の構造と機能は密接に関連しています。後者は、まず第一に、生物の生化学反応への参加から成ります。この中で単糖類はどのような役割を果たしているのでしょうか？

オリゴ糖および多糖の生産の基礎。
ペントース (リボースおよびデオキシリボース) は、ATP、RNA、および DNA の形成に関与する最も重要な分子です。そして彼らは、遺伝物質、エネルギー、タンパク質の主要な供給者でもあります。
人間の血液中のグルコース濃度は、浸透圧とその変化の信頼できる指標です。

オリゴ糖: 構造

このグループの炭水化物の構造は次のように分解されます。組成物中に 2 つ（ジオース）または 3 つ（トリオース）の単糖分子が存在すること。 4 つ、5 つ以上 (最大 10 個) の構造を含むものもありますが、最も一般的なのは二糖類です。つまり、加水分解中に、このような化合物は分解してグルコース、フルクトース、ペントースなどを形成します。どのような化合物がこのカテゴリーに分類されますか?代表的な例は、スクロース（一般的な砂糖）、ラクトース（牛乳の主成分）、マルトース、ラクツロース、イソマルトースです。

このシリーズの炭水化物の化学構造は次のような特徴を持っています。

一般分子式：C₁₂H₂₂ああ_11.
2 つの同一または異なる monosa 残基二糖類の構造はグリコシド架橋を使用して互いに接続されています。砂糖の還元力は、この化合物の性質によって異なります。
二糖類を減らす。このタイプの炭水化物の構造は、アルデヒドのヒドロキシルと異なる単糖分子のヒドロキシル基との間のグリコシド架橋の形成からなる。これらには、麦芽糖、乳糖などが含まれます。
非還元 - 典型的な例はスクロース - アルデヒド構造の関与なしに、対応する基のみのヒドロキシル間に架橋が形成される場合。

したがって、炭水化物の構造は簡単に説明できます。それを分子式で表します。詳細な構造が必要な場合は、フィッシャーのグラフィック投影法またはハワースの公式を使用して描写できます。具体的には、2 つの環状モノマー (モノマー) は (オリゴ糖に応じて) 異なるか同一であり、グリコシド架橋によって互いに接続されています。接続を正しく表示するために、構築するときは復旧電力を考慮する必要があります。

二糖類分子の例

課題が「炭水化物の構造的特徴に注意してください」という形式の場合、二糖類の場合は、それがどの単糖残基で構成されているかを最初に示すのが最善です。最も一般的なタイプは次のとおりです。

スクロース - α-グルコースとβ-フルクトースから作られます。
マルトース - グルコース残基から。
セロビオース - 2 つの D 型ベータグルコース残基から構成されます。
ラクトース - ガラクトース + グルコース;
ラクツロース - ガラクトース + フルクトースなど。

次に、利用可能な残基に基づいて、グリコシド架橋の種類を明確に示した構造式を作成する必要があります。

生物にとっての意義

二糖類の役割も非常に重要です。構造。炭水化物と脂肪の働きは一般的に似ています。それはエネルギー成分に基づいています。ただし、いくつかの個々の二糖については、その特別な重要性を示す必要があります。

スクロースは人体のグルコースの主な供給源です。
乳糖は哺乳類の母乳に含まれており、女性の母乳には最大 8% 含まれます。
ラクツロースは医療目的で研究室で入手され、乳製品の製造にも添加されます。

二糖類、三糖類など人間の体や他の生物は、モノーゼの形成により即座に加水分解を受けます。この特徴が、人間によるこのクラスの炭水化物の生の未変化の形（ビートまたはサトウキビ糖）の使用の基礎となっています。

多糖類：分子の特徴

このシリーズの炭水化物の機能、組成および構造生物にとっても、人間の経済活動にとっても非常に重要です。まず、どのような炭水化物が多糖類であるかを理解する必要があります。

それらのかなりの数があります：

スターチ;
グリコーゲン;
ムレイン。
グルコマンナン;
セルロース;
デキストリン;
ガラクトマンナン;
むろみん。
ペクチン物質。
アミロース;
キチン。

これは完全なリストではありませんが、最も重要なもののみです。動物と植物。「多くの多糖類の炭水化物の構造的特徴に注意する」というタスクを完了したら、まず第一にそれらの空間構造に注意を払う必要があります。これらは、グリコシド化学結合によって結合された数百のモノマー単位からなる非常に体積の巨大な分子です。多くの場合、多糖類の炭水化物分子の構造は層状の組成物です。

このような分子には特定の分類があります。

ホモ多糖 - 同一の繰り返し単糖単位から構成されます。モノオースに応じて、ヘキソース、ペントースなど (グルカン、マンナン、ガラクタン) になります。
ヘテロ多糖は、異なるモノマー単位によって形成されます。

線状の空間構造を有する化合物としては、例えばセルロースが挙げられる。デンプン、グリコーゲン、キチンなど、ほとんどの多糖類は分岐構造を持っています。

生き物の中での役割

このグループの炭水化物の構造と機能は密接です。あらゆる存在の命と関わっています。たとえば、植物は予備栄養素として芽や根のさまざまな部分にデンプンを蓄積します。動物の主なエネルギー源は、やはり多糖類であり、その分解により多量のエネルギーが生成されます。

炭水化物は細胞の構造において非常に重要な役割を果たします。キチンは多くの昆虫や甲殻類の表面を構成し、ムレインは細菌の細胞壁の成分であり、セルロースは植物の基礎です。

動物予備栄養素起源 - これらはグリコーゲンの分子、またはより多くの場合、動物性脂肪と呼ばれます。それは体の特定の部分に蓄えられ、エネルギー機能だけでなく、機械的影響からの保護機能も果たします。

ほとんどの生物にとって、それは非常に重要です炭水化物の構造。すべての動物や植物の生態は、絶え間なく無尽蔵のエネルギー源を必要とするものです。そして、彼らだけがこれを、そして何よりも多糖類の形で提供することができます。したがって、代謝プロセスの結果として炭水化物 1 g が完全に分解されると、4.1 kcal のエネルギーが放出されます。これは最大値であり、他の接続ではこれ以上の値は得られません。だからこそ、どんな人や動物の食事にも炭水化物が含まれなければなりません。植物は自分自身の世話をします。光合成の過程で、植物は自分自身の中でデンプンを形成し、それを蓄えます。