Ogļhidrātu īpašības un struktūra. Ogļhidrātu funkcijas

Для организма человека, равно как и остальных dzīvajām būtnēm ir vajadzīga enerģija. Bez tā, process nevar turpināties. Galu galā katrai bioķīmiskajai reakcijai, jebkuram fermentamam procesam vai metabolisma stadijai nepieciešams enerģijas avots.

Поэтому значение веществ, предоставляющих ķermeņa izturība pret dzīvi ir ļoti liela un svarīga. Kādas ir šīs vielas? Ogļhidrāti, proteīni, tauki. Katras no tām ir atšķirīga struktūra, tās pieder pilnīgi atšķirīgām ķīmisko savienojumu klasēm, bet viena no to funkcijām ir līdzīga - nodrošinot organismam dzīvībai nepieciešamo enerģiju. Apsveriet vienu no uzskaitītajām vielām - ogļhidrātus.

Ogļhidrātu klasifikācija

Ogļhidrātu sastāvs un struktūra kopš to atklāšanasnosaka viņu vārds. Patiešām, saskaņā ar agrīnajiem avotiem, tika uzskatīts, ka tā ir šāda savienojumu grupa, kuras struktūra ir saistīta ar oglekļa atomiem, kas saistīti ar ūdens molekulām.

Rūpīgāka analīze, kā arī uzkrātāinformācija par šo vielu daudzveidību ļāva pierādīt, ka ne visiem pārstāvjiem ir tikai šāds sastāvs. Tomēr šī īpašība joprojām ir viena no tām, kas nosaka ogļhidrātu struktūru.

Šīs savienojumu grupas mūsdienu klasifikācija ir šāda:

1. Monosaharīdi (riboze, fruktoze, glikoze utt.)
2. Oligosaharīdi (bios, triozes).
3. Polisaharīdi (ciete, celuloze).

Arī visus ogļhidrātus var iedalīt šādās divās lielās grupās:

• atjaunošana;
• neatjaunojošs.

Apskatīsim sīkāk katras grupas ogļhidrātu molekulu struktūru.

Monosaharīdi: raksturojums

Šajā kategorijā ietilpst visi vienkāršieogļhidrāti, kas satur aldehīda (aldozes) vai ketona (ketozes) grupas un ne vairāk kā 10 oglekļa atomus ķēdes struktūrā. Ja paskatās uz atomu skaitu galvenajā ķēdē, tad monosaharīdus var iedalīt:

• triozes (gliceraldehīds);
• tetrozes (eritruloze, eritroze);
• pentoze (riboze un dezoksiriboze);
• heksoze (glikoze, fruktoze).

Visi pārējie pārstāvji organizācijai nav tik svarīgi kā uzskaitītie.

Molekulu uzbūves īpatnības

Pēc to struktūras var attēlot monozesgan ķēdes, gan cikliskā ogļhidrāta veidā. Kā tas notiek? Lieta ir tāda, ka savienojuma centrālais oglekļa atoms ir asimetrisks centrs, ap kuru šķīdumā esošā molekula var griezties. Tā veidojas L- un D-formas monosaharīdu optiskie izomēri. Šajā gadījumā glikozes formulu, kas uzrakstīta taisnas ķēdes formā, aldehīdu grupa (vai ketons) var garīgi uztvert un velmēt bumbiņā. Jūs iegūsiet atbilstošo ciklisko formulu.

Daudzu monožu ogļhidrātu ķīmiskā struktūrapavisam vienkārši: virkne oglekļa atomu, kas veido ķēdi vai ciklu, no kuriem katrs no tiem hidroksilgrupas un ūdeņraža atomi atrodas dažādās vai vienā pusē. Ja visas tā paša nosaukuma struktūras atrodas vienā pusē, tad veidojas D-izomērs, ja tās atšķiras, mainoties viena otrai, tad L-izomērs. Ja mēs pierakstīsim visbiežāk sastopamā glikozes monosaharīdu molekulārā formā pārstāvja formulu, tad tas izskatīsies šādi: C₆H₁₂Ak₆... Turklāt šis ieraksts atspoguļo arī fruktozes struktūru. Galu galā ķīmiski šīs divas monozes ir strukturāli izomēri. Glikoze ir aldehīda spirts, fruktoze ir ketogēns spirts.

Vairāku monosaharīdu ogļhidrātu struktūra un īpašībascieši saistīta. Patiešām, sakarā ar aldehīda un ketona grupu klātbūtni struktūrā tie pieder aldehīda un ketona spirtiem, kas nosaka to ķīmisko raksturu un reakcijas, kurās tie spēj iekļūt.

Tātad, glikozei piemīt šādas ķīmiskās īpašības:

1. Reakcijas karbonilgrupas klātbūtnes dēļ:

• oksidēšanās ir "sudraba spoguļa" reakcija;
• ar svaigi nogulsnētu vara (II) hidroksīdu - aldonskābi;
• spēcīgi oksidētāji spēj veidot bāzskābes (aldarīnskābes), pārveidojot ne tikai aldehīdu, bet arī vienu hidroksilgrupu;
• reģenerācija - pārvērsta par daudzvērtīgiem spirtiem.

2. Molekula satur arī hidroksilgrupas, kas atspoguļo struktūru. Ogļhidrātu īpašības, kuras ietekmē šīs grupas:

• spēja alkilēt - ēteru veidošanās;
• acilēšana - esteru veidošanās;
• kvalitatīva reakcija uz vara (II) hidroksīdu.

3. Ļoti specifiskas glikozes īpašības:

• sviestskābe;
• alkohols;
• pienskābes fermentācija.

Ķermenī veiktās funkcijas

Vairāku monožu ogļhidrātu struktūra un funkcija ir cieši saistītas. Pēdējie sastāv, pirmkārt, no dalības dzīvo organismu bioķīmiskajās reakcijās. Kādu lomu šajā spēlē monosaharīdi?

1. Oligo- un polisaharīdu ražošanas pamats.
2. Pentozes (riboze un dezoksiriboze) ir vissvarīgākās molekulas, kas iesaistītas ATP, RNS un DNS veidošanā. Un tie, savukārt, ir galvenie iedzimtā materiāla, enerģijas un olbaltumvielu piegādātāji.
3. Glikozes koncentrācija cilvēka asinīs ir uzticams osmotiskā spiediena un tā izmaiņu rādītājs.

Oligosaharīdi: struktūra

Ogļhidrātu struktūra šajā grupā ir samazināta līdzdivu (diozes) vai trīs (triozes) monosaharīdu molekulu klātbūtne sastāvā. Ir tādi, kuriem ir 4, 5 vai vairāk struktūras (līdz 10), bet visbiežāk ir disaharīdi. Tas ir, hidrolīzes laikā šādi savienojumi sadalās, veidojoties glikozei, fruktozei, pentozei utt. Kādi savienojumi ir šajā kategorijā? Tipiski piemēri ir saharoze (parastais niedru cukurs), laktoze (galvenā piena sastāvdaļa), maltoze, laktuloze, izomaltoze.

Šīs ogļhidrātu sērijas ķīmiskajai struktūrai ir šādas īpašības:

1. Vispārējā molekulārā formula: C₁₂H₂₂Ak_11.
2. Divi identiski vai atšķirīgi monozes atlikumidisaharīda struktūra ir savstarpēji savienota ar glikozīdu tilta palīdzību. Cukura reducēšanas spēja būs atkarīga no šī savienojuma veida.
3. Disaharīdu samazināšana.Šāda veida ogļhidrātu struktūra sastāv no glikozīdu tilta veidošanās starp aldehīda hidroksilu un dažādu monozīmu molekulu hidroksilgrupām. Tie ietver: maltozi, laktozi utt.
4. Nesamazinošs - tipisks saharozes piemērs - kad starp tikai atbilstošo grupu hidroksiliem izveidojas tilts, nepiedaloties aldehīda struktūrai.

Tādējādi ogļhidrātu struktūra var būt īsiuzrādīts kā molekulārā formula. Ja nepieciešama detalizēta detalizēta struktūra, to var attēlot, izmantojot Fišera grafiskās projekcijas vai Hewors formulas. Konkrēti, divi cikliskie monomēri (monozes) ir vai nu atšķirīgi, vai vienādi (atkarībā no oligosaharīda), savienoti ar glikozīdu tiltu. Konstruējot, pareizai savienojuma parādīšanai jāņem vērā atjaunošanas iespējas.

Disaharīdu molekulu piemēri

Ja uzdevums ir šāds: "Ievērojiet ogļhidrātu strukturālās iezīmes", tad attiecībā uz disaharīdiem vislabāk ir vispirms norādīt, no kādām monozes atliekām tas sastāv. Visizplatītākie veidi ir:

• saharoze - veidota no alfa-glikozes un beta-fruktozes;
• maltoze - no glikozes atlikumiem;
• celobioze - sastāv no diviem D-veida beta-glikozes atlikumiem;
• laktoze - galaktoze + glikoze;
• laktuloze - galaktoze + fruktoze un tā tālāk.

Pēc tam, pamatojoties uz pieejamajiem atlikumiem, būtu jāizstrādā strukturāla formula, skaidri norādot glikozīdu tilta tipu.

Nozīme dzīvajiem organismiem

Arī disaharīdu loma ir ļoti svarīga, tā ir svarīga ne tikaistruktūru. Ogļhidrātu un tauku funkcijas parasti ir līdzīgas. Tas ir balstīts uz enerģijas komponentu. Tomēr dažiem atsevišķiem disaharīdiem ir jānorāda to īpašā nozīme.

1. Saharoze ir galvenais glikozes avots cilvēka ķermenī.
2. Laktoze ir atrodama zīdītāju mātes pienā, ieskaitot sieviešu pienu, līdz 8%.
3. Laktulozi iegūst laboratorijā medicīniskai lietošanai, un to pievieno arī piena produktu ražošanai.

Jebkurš disaharīds, trisaharīds un tā tālākcilvēka ķermenī un citās radībās notiek tūlītēja hidrolīze, veidojoties monozēm. Tieši šī funkcija ir pamatā tam, kā cilvēki lieto šo ogļhidrātu klasi neapstrādātā, nemainītā veidā (biešu vai niedru cukurs).

Polisaharīdi: molekulārās pazīmes

Šīs sērijas ogļhidrātu funkcijas, sastāvs un struktūratiem ir liela nozīme dzīvo būtņu organismiem, kā arī cilvēku ekonomiskajai darbībai. Pirmkārt, jums jānoskaidro, kuri ogļhidrāti ir polisaharīdi.

To ir daudz:

• ciete;
• glikogēns;
• mureīns;
• glikomannāns;
• celuloze;
• dekstrīns;
• galaktomannāns;
• muromīns;
• pektīna vielas;
• amiloze;
• hitīns.

Šis nav pilns saraksts, bet tikai visnozīmīgākaisdzīvnieki un augi. Ja veicat uzdevumu "Ievērojiet vairāku polisaharīdu ogļhidrātu strukturālās iezīmes", tad vispirms jums jāpievērš uzmanība to telpiskajai struktūrai. Tās ir ļoti apjomīgas, milzu molekulas, kas sastāv no simtiem monomēru vienību, kuras savieno glikozīdu ķīmiskās saites. Bieži vien polisaharīdu ogļhidrātu molekulu struktūra ir slāņveida sastāvs.

Ir noteikta šādu molekulu klasifikācija.

1. Homopolisaharīdi - sastāv no vienām un tām pašām atkārtojošām monosaharīdu vienībām. Atkarībā no monozēm tās var būt heksozes, pentozes un tā tālāk (glikāni, mannāni, galaktāni).
2. Heteropolisaharīdi - veido dažādas monomēras vienības.

Savienojumos ar lineāru telpisko struktūru jāiekļauj, piemēram, celuloze. Lielākajai daļai polisaharīdu ir sazarota struktūra - ciete, glikogēns, hitīns utt.

Loma dzīvu būtņu ķermenī

Šīs grupas ogļhidrātu struktūra un funkcija ir cieši saistītakas saistīts ar visu būtņu dzīvi. Tā, piemēram, augi rezerves barības vielas veidā uzkrāj cieti dažādās dzinuma vai saknes daļās. Dzīvnieku galvenais enerģijas avots atkal ir polisaharīdi, kuru sadalīšanās rada daudz enerģijas.

Ogļhidrātiem ir ļoti svarīga loma šūnas struktūrā. Daudzu kukaiņu un vēžveidīgo apvalks sastāv no hitīna, mureīns ir baktēriju šūnu sienas sastāvdaļa, celuloze ir augu pamatā.

Rezervējiet dzīvnieku barības vieluizcelsme - tās ir glikogēna molekulas vai, kā to parasti sauc, dzīvnieku tauki. Tas tiek uzglabāts noteiktās ķermeņa daļās un veic ne tikai enerģiju, bet arī aizsargfunkciju pret mehāniskām ietekmēm.

Lielākajai daļai organismu ir liela nozīmeogļhidrātu struktūra. Katra dzīvnieka un auga bioloģija ir tāda, ka tam vajadzīgs pastāvīgs enerģijas avots, neizsmeļams. Un tikai viņi to var dot, un galvenokārt polisaharīdu veidā. Tātad, pilnīgs 1 g ogļhidrātu sadalīšanās vielmaiņas procesu rezultātā noved pie 4,1 kcal enerģijas izdalīšanās! Tas ir maksimums, neviens savienojums vairs nedod. Tāpēc jebkura cilvēka un dzīvnieka uzturā jābūt ogļhidrātiem. Savukārt augi rūpējas par sevi: fotosintēzes procesā tie sevī veido cieti un to uzglabā.

Ogļhidrātu vispārīgās īpašības

Tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu struktūra parasti ir līdzīga.Galu galā tie visi ir makromolekulas. Pat dažām viņu funkcijām ir kopīgs raksturs. Jāapkopo visu ogļhidrātu loma un nozīme planētas biomasas dzīvē.

1. Nozīmē ogļhidrātu sastāvu un struktūruto izmantošana kā celtniecības materiāls augu šūnu membrānai, dzīvnieku membrānām un baktērijām, kā arī intracelulāro organellu veidošanās.
2. Aizsardzības funkcija. Tas ir raksturīgs augu organismiem un izpaužas kā ērkšķu, ērkšķu utt.
3. Plastiskā loma ir vitāli svarīgu molekulu (DNS, RNS, ATP un citu) veidošanās.
4. Receptora funkcija. Polisaharīdi un oligosaharīdi ir aktīvi transporta pārvadājumu dalībnieki pa šūnu membrānu, "aizsargi", kas uztver sekas.
5. Enerģijas loma ir visnozīmīgākā. Nodrošina maksimālu enerģiju visiem intracelulāriem procesiem, kā arī visa organisma darbam.
6. Osmotiskā spiediena regulēšana - glikoze veic šo kontroli.
7. Daži polisaharīdi kļūst par rezerves barības vielu, enerģijas avotu dzīvniekiem.

Tādējādi ir acīmredzams, ka tauku struktūra,olbaltumvielām un ogļhidrātiem, to funkcijām un lomai dzīvo sistēmu organismos ir izšķiroša un izšķiroša nozīme. Šīs molekulas ir dzīvības radītājas, tās arī to saglabā un atbalsta.

Ogļhidrāti ar citiem augstas molekulmasas savienojumiem

Arī ogļhidrātu loma ir zināma nevis tīrā veidā, bet gan kombinācijā ar citām molekulām. Tie ietver visizplatītākos, piemēram:

• glikozaminoglikāni vai mukopolisaharīdi;
• glikoproteīni.

Šāda veida ogļhidrātu struktūra un īpašībasdiezgan sarežģīts, jo komplekss apvieno dažādas funkcionālās grupas. Šāda veida molekulu galvenā loma ir piedalīšanās daudzos organismu dzīves procesos. Pārstāvji ir: hialuronskābe, hondroitīna sulfāts, heparāns, keratāna sulfāts un citi.

Ir arī polisaharīdu kompleksi arcitas bioloģiski aktīvās molekulas. Piemēram, glikoproteīni vai lipopolisaharīdi. To esamība ir svarīga ķermeņa imunoloģisko reakciju veidošanā, jo tās ir daļa no limfātiskās sistēmas šūnām.