Karbonhidratların özellikleri ve yapısı. Karbonhidratların fonksiyonları

İnsan vücudu ve geri kalanı içincanlılar, enerjiye ihtiyaç vardır. Onsuz, hiçbir süreç mümkün değildir. Sonuçta, her biyokimyasal reaksiyon, herhangi bir enzimatik süreç veya metabolizma aşaması bir enerji kaynağına ihtiyaç duyar.

Bu nedenle, sağlayan maddelerin değerivücudun yaşama gücü çok büyük ve önemlidir. Bu maddeler nelerdir? Karbonhidratlar, proteinler, yağlar. Her birinin yapısı farklıdır, tamamen farklı kimyasal bileşik sınıflarına aittirler, ancak işlevlerinden biri benzerdir - vücuda yaşam için gerekli enerjiyi sağlar. Listelenen maddelerin bir grubunu ele alalım - karbonhidratlar.

Karbonhidratların sınıflandırılması

Karbonhidratların keşfinden bu yana bileşimi ve yapısıadlarına göre belirlenir. Gerçekten de, erken kaynaklara göre, bunun yapısında su molekülleriyle ilişkili karbon atomlarının bulunduğu böyle bir bileşik grubu olduğuna inanılıyordu.

Daha kapsamlı bir analizin yanı sıra birikmişBu maddelerin çeşitliliği hakkında bilgi, tüm temsilcilerin yalnızca böyle bir bileşime sahip olmadığını kanıtlamaya izin verdi. Bununla birlikte, bu özellik hala karbonhidratların yapısını belirleyen özelliklerden biridir.

Bu bileşik grubunun modern sınıflandırması aşağıdaki gibidir:

1. Monosakkaritler (riboz, fruktoz, glikoz vb.)
2. Oligosakkaritler (bios, triozlar).
3. Polisakkaritler (nişasta, selüloz).

Ayrıca, tüm karbonhidratlar aşağıdaki iki büyük gruba ayrılabilir:

• geri yükleme;
• geri yüklemeyen.

Her grubun karbonhidrat moleküllerinin yapısını daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Monosakkaritler: özellikleri

Bu kategori tüm basitaldehit (aldoz) veya keton (ketoz) grupları içeren ve zincir yapısında en fazla 10 karbon atomu bulunan karbonhidratlar. Ana zincirdeki atom sayısına bakarsanız, monosakkaritler şu şekilde ayrılabilir:

• triozlar (gliseraldehit);
• tetrozlar (eritrüloz, eritroz);
• pentoz (riboz ve deoksiriboz);
• heksoz (glikoz, fruktoz).

Diğer tüm temsilciler, vücut için listelenenler kadar önemli değildir.

Moleküllerin yapısının özellikleri

Yapıları ile monozlar temsil edilebilirhem zincir şeklinde hem de siklik karbonhidrat şeklinde. Bu nasıl olur? Mesele şu ki, bileşikteki merkezi karbon atomu, çözelti içindeki bir molekülün etrafında dönebileceği asimetrik bir merkezdir. L- ve D-form monosakkaritlerin optik izomerleri bu şekilde oluşur. Bu durumda, düz zincir şeklinde yazılan glikoz formülü, aldehit grubu (veya keton) tarafından zihinsel olarak kavranabilir ve bir top haline getirilebilir. Karşılık gelen döngüsel formülü alacaksınız.

Bir dizi monozun karbonhidratlarının kimyasal yapısıoldukça basit: her birinden hidroksil grupları ve hidrojen atomlarının farklı veya bir tarafta yer aldığı bir zincir veya döngü oluşturan bir dizi karbon atomu. Aynı isme sahip tüm yapılar bir tarafta ise, o zaman D-izomeri, eğer birbirinin ardışık olarak farklıysa, o zaman L-izomeri oluşur. Glikoz monosakaritlerinin en yaygın temsilcisinin genel formülünü moleküler biçimde yazarsak, şöyle görünecektir: C₆'H₁₂aman₆... Üstelik bu kayıt fruktozun yapısını da yansıtıyor. Sonuçta, kimyasal olarak bu iki monoz yapısal izomerlerdir. Glikoz bir aldehit alkoldür, fruktoz bir ketojenik alkoldür.

Bir dizi monosakkaritin karbonhidratlarının yapısı ve özellikleriyakından alakalı. Nitekim yapısında aldehit ve keton gruplarının bulunması nedeniyle kimyasal doğalarını ve girebilecekleri reaksiyonları belirleyen aldehit ve keton alkollere aittirler.

Bu nedenle, glikoz aşağıdaki kimyasal özellikleri sergiler:

1. Bir karbonil grubunun varlığından kaynaklanan reaksiyonlar:

• oksidasyon bir "gümüş ayna" reaksiyonudur;
• taze çökeltilmiş bakır (II) hidroksit - aldonik asit ile;
• güçlü oksidanlar, sadece aldehiti değil, aynı zamanda bir hidroksil grubunu da dönüştüren dibazik asitler (aldarik) oluşturabilir;
• geri kazanım - polihidrik alkollere dönüştürülür.

2. Molekül ayrıca yapıyı yansıtan hidroksil grupları içerir. Bu gruplamalardan etkilenen karbonhidratların özellikleri:

• alkilleme yeteneği - eterlerin oluşumu;
• asilasyon - esterlerin oluşumu;
• bakır (II) hidroksite kalitatif reaksiyon.

3. Glikozun oldukça spesifik özellikleri:

• bütirik asit;
• alkol;
• laktik asit fermantasyonu.

Vücutta gerçekleştirilen işlevler

Bir dizi monozun karbonhidratlarının yapısı ve işlevi yakından ilişkilidir. İkincisi, her şeyden önce, canlı organizmaların biyokimyasal reaksiyonlarına katılımdan oluşur. Monosakkaritler bunda nasıl bir rol oynar?

1. Oligo ve polisakkaritlerin üretiminin temeli.
2. Pentozlar (riboz ve deoksiriboz), ATP, RNA ve DNA oluşumunda yer alan en önemli moleküllerdir. Ve sırayla, kalıtsal materyal, enerji ve proteinin ana tedarikçileridir.
3. İnsan kanındaki glikoz konsantrasyonu, ozmotik basıncın ve değişikliklerinin güvenilir bir göstergesidir.

Oligosakkaritler: yapı

Bu gruptaki karbonhidratların yapısı indirgenmiştir.bileşimde iki (dioz) veya üç (trioz) monosakkarit molekülünün varlığı. 4, 5 veya daha fazla yapıya sahip olanlar (10'a kadar) vardır, ancak en yaygın olanı disakkaritlerdir. Yani, hidroliz sırasında, bu tür bileşikler, glikoz, fruktoz, pentoz vb. Oluşumu ile ayrışır. Bu kategoride hangi bağlantılar var? Tipik örnekler sakaroz (adi şeker kamışı), laktoz (sütün ana bileşeni), maltoz, laktuloz, izomaltozdur.

Bu karbonhidrat serisinin kimyasal yapısı aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Genel moleküler formül: C₁₂'H₂₂aman_11.
2. Bir mononun iki özdeş veya farklı kalıntısıdisakkaritin yapısı bir glikosidik köprü vasıtasıyla birbirine bağlanır. Şekerin indirgeme kapasitesi, bu bileşiğin doğasına bağlı olacaktır.
3. Disakkaritleri azaltmak.Bu tip karbonhidratların yapısı, aldehitin hidroksili ile farklı monozim moleküllerinin hidroksil grupları arasında bir glikozidik köprü oluşumundan oluşur. Bunlar şunları içerir: maltoz, laktoz vb.
4. İndirgeyici olmayan - tipik bir sakaroz örneği - aldehit yapısının katılımı olmadan sadece karşılık gelen grupların hidroksilleri arasında bir köprü oluşturulduğunda.

Böylece karbonhidratların yapısı kısaca özetlenebilir.moleküler formül olarak sunulmuştur. Ayrıntılı bir genişletilmiş yapıya ihtiyaç duyulursa, Fischer'in grafik projeksiyonları veya Hewors' formülleri kullanılarak tasvir edilebilir. Spesifik olarak, iki siklik monomer (monoz) ya farklıdır ya da aynıdır (oligosakkarite bağlı olarak) bir glikosidik köprü ile bağlanır. İnşa ederken, bağlantının doğru görüntülenmesi için geri yükleme yeteneği dikkate alınmalıdır.

Disakkarit moleküllerinin örnekleri

Görev şu şekildeyse: "Karbonhidratların yapısal özelliklerine dikkat edin", o zaman disakkaritler için önce hangi monoz kalıntılarından oluştuğunu belirtmek en iyisidir. En yaygın türler şunlardır:

• sakaroz - alfa glikoz ve beta fruktozdan yapılmıştır;
• maltoz - glikoz kalıntılarından;
• selobiyoz - iki D-form beta-glukoz kalıntısından oluşur;
• laktoz - galaktoz + glikoz;
• laktuloz - galaktoz + fruktoz vb.

Ardından, mevcut kalıntılara dayanarak, glikozidik köprü tipinin açık bir reçetesi ile yapısal bir formül hazırlanmalıdır.

Canlı organizmalar için önemi

Disakkaritlerin rolü de çok önemlidir, sadeceyapı. Karbonhidrat ve yağların işlevleri genellikle benzerdir. Enerji bileşenine dayanır. Bununla birlikte, bazı bireysel disakkaritler için özel önemleri belirtilmelidir.

1. Sükroz, insan vücudundaki ana glikoz kaynağıdır.
2. Laktoz, anne sütü de dahil olmak üzere memeli anne sütünde %8'e kadar bulunur.
3. Laboratuvarda tıbbi kullanım için elde edilen laktuloz, süt ürünleri üretimine de katılmaktadır.

Herhangi bir disakkarit, trisakkarit vb.insan vücudu ve diğer canlılar monoz oluşumu ile anında hidrolize uğrar. Bu karbonhidrat sınıfının insanlar tarafından ham, değişmemiş formlarında (pancar veya şeker kamışı) kullanımının altında yatan bu özelliktir.

Polisakkaritler: moleküler özellikler

Bu karbonhidrat serisinin işlevleri, bileşimi ve yapısıcanlıların organizmaları için olduğu kadar insan ekonomik faaliyetleri için de büyük önem taşımaktadır. İlk önce, hangi karbonhidratların polisakkarit olduğunu bulmanız gerekir.

Epeyce var:

• nişasta;
• glikojen;
• mürein;
• glukomannan;
• selüloz;
• dekstrin;
• galaktomannan;
• muromin;
• pektin maddeleri;
• amiloz;
• kitin.

Bu tam bir liste değil, yalnızca en önemli olanıdır.hayvanlar ve bitkiler. "Bir dizi polisakkaritin karbonhidratlarının yapısal özelliklerine dikkat edin" görevini gerçekleştirirseniz, öncelikle mekansal yapılarına dikkat etmelisiniz. Bunlar, glikozidik kimyasal bağlarla birbirine bağlı yüzlerce monomerik birimden oluşan çok hacimli, dev moleküllerdir. Çoğu zaman, polisakkarit karbonhidrat moleküllerinin yapısı katmanlı bir bileşimdir.

Bu tür moleküllerin belirli bir sınıflandırması vardır.

1. Homopolisakkaritler - aynı tekrarlayan monosakkarit birimlerinden oluşur. Monozlara bağlı olarak heksozlar, pentozlar ve benzerleri (glukanlar, mannanlar, galaktanlar) olabilirler.
2. Heteropolisakkaritler - farklı monomerik birimlerden oluşur.

Doğrusal bir uzaysal yapıya sahip bileşikler, örneğin selülozu içermelidir. Çoğu polisakkarit, dallı bir yapıya sahiptir - nişasta, glikojen, kitin vb.

Canlıların vücudundaki rolü

Bu grubun karbonhidratlarının yapısı ve işlevi yakından ilişkilidir.tüm canlıların yaşamıyla ilişkilidir. Örneğin, yedek besin formundaki bitkiler, nişastayı sürgünün veya kökün farklı kısımlarında biriktirir. Hayvanlar için ana enerji kaynağı yine, parçalanması çok fazla enerji üreten polisakkaritlerdir.

Karbonhidratlar hücrenin yapısında çok önemli bir rol oynar. Birçok böcek ve kabukluların örtüsü kitinden oluşur, murein bakterilerin hücre duvarının bir bileşenidir, selüloz bitkilerin temelidir.

Rezerv hayvan besinköken - bunlar glikojen molekülleridir veya daha yaygın olarak adlandırıldığı gibi hayvansal yağdır. Vücudun belirli bölgelerinde depolanır ve sadece enerji değil, aynı zamanda mekanik etkilere karşı koruyucu bir işlev de gerçekleştirir.

Çoğu organizma için büyük önem taşırkarbonhidratların yapısı. Her hayvanın ve bitkinin biyolojisi öyledir ki, tükenmez, sürekli bir enerji kaynağı gerektirir. Ve bunu sadece onlar verebilir ve hepsinden önemlisi polisakaritler şeklinde. Böylece, metabolik süreçlerin bir sonucu olarak 1 g karbonhidratın tamamen parçalanması, 4.1 kcal enerjinin salınmasına yol açar! Bu maksimum, artık hiçbir bağlantı vermiyor. Bu nedenle, herhangi bir insan ve hayvanın diyetinde karbonhidratlar bulunmalıdır. Bitkiler ise kendilerine bakarlar: Fotosentez sürecinde nişastayı kendi içlerinde oluştururlar ve depolarlar.

Karbonhidratların genel özellikleri

Yağların, proteinlerin ve karbonhidratların yapısı genellikle benzerdir.Sonuçta, hepsi makromoleküllerdir. Hatta bazı işlevleri ortak niteliktedir. Tüm karbonhidratların gezegenin biyokütlesinin yaşamındaki rolü ve önemi genelleştirilmelidir.

1. Karbonhidratların bileşimi ve yapısı şunları ima eder:bitki hücrelerinin zarı, hayvan ve bakteri zarlarının yanı sıra hücre içi organellerin oluşumu için bir yapı malzemesi olarak kullanımları.
2. Koruyucu işlev. Bitki organizmalarının karakteristiğidir ve dikenler, dikenler vb. oluşumunda kendini gösterir.
3. Plastik rol, hayati moleküllerin (DNA, RNA, ATP ve diğerleri) oluşumudur.
4. Alıcı işlevi. Polisakaritler ve oligosakaritler, etkileri yakalayan "korumalar" olan hücre zarı boyunca taşıma nakillerinde aktif katılımcılardır.
5. Enerji rolü en önemlisidir. Tüm hücre içi süreçlerin yanı sıra tüm organizmanın çalışması için maksimum enerji sağlar.
6. Ozmotik basıncın düzenlenmesi - glikoz bu kontrolü gerçekleştirir.
7. Bazı polisakkaritler, hayvanlar için yedek bir besin, bir enerji kaynağı haline gelir.

Böylece, yağların yapısının,proteinler ve karbonhidratlar, işlevleri ve canlı sistemlerin organizmalarındaki rolleri belirleyici ve belirleyici öneme sahiptir. Bu moleküller hayatın yaratıcılarıdır, aynı zamanda onu korur ve desteklerler.

Diğer yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerle karbonhidratlar

Karbonhidratların rolü de saf halde değil, diğer moleküllerle kombinasyon halinde bilinmektedir. Bunlar, aşağıdakiler gibi en yaygın olanları içerir:

• glikozaminoglikanlar veya mukopolisakkaritler;
• glikoproteinler.

Bu tip karbonhidratların yapısı ve özelliklerioldukça karmaşıktır, çünkü kompleks çeşitli fonksiyonel grupları birleştirir. Bu tip moleküllerin ana rolü, organizmaların birçok yaşam sürecine katılımdır. Temsilciler şunlardır: hyaluronik asit, kondroitin sülfat, heparan, keratan sülfat ve diğerleri.

Ayrıca polisakkaritlerin kompleksleri de vardır.diğer biyolojik olarak aktif moleküller. Örneğin, glikoproteinler veya lipopolisakkaritler. Lenfatik sistem hücrelerinin bir parçası olduklarından, vücudun immünolojik reaksiyonlarının oluşumunda onların varlığı önemlidir.