Свойства и структура на въглехидратите. Функции на въглехидратите

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

За човешкото тяло, както и за другите живи същества, е необходима енергия. Без него не могат да се осъществят никакви процеси. В крайна сметка всяка биохимична реакция, всеки ензимен процес или етап от метаболизма се нуждае от източник на енергия.

Затова значението на веществата, които осигуряват на тялото сила за живот, е много голямо и важно. Какви са тези вещества? Въглехидрати, протеини, мазнини. Структурата на всеки от тях е различна, принадлежат към напълно различни класове химични съединения, но една от функциите им е сходна – осигуряване на тялото с необходимата енергия за живот. Помислете за една група от изброените вещества - въглехидрати.

Класификация на въглехидратите

Съставът и структурата на въглехидратите след тяхното откриване се определя от тяхното име. Всъщност според ранните източници се смяташе, че това е група съединения, в чиято структура има въглеродни атоми, свързани с водни молекули.

По-задълбочен анализ, както и натрупаната информация за разнообразието на тези вещества, направи възможно да се докаже, че не всички представители имат само такъв състав. въпреки товатази характеристика все още е една от онези, които определят структурата на въглехидратите.

Съвременната класификация на тази група съединения е както следва:

1. Монозахариди (рибоза, фруктоза, глюкоза и др.).
2. Олигозахариди (биози, триози).
3. Полизахариди (нишесте, целулоза).

Също така, всички въглехидрати могат да бъдат разделени на следните две големи групи:

• възстановяване;
• невъзстановяващо.

Структурата на въглехидратните молекули от всяка група ще бъде разгледана по-подробно.

Монозахариди: характеристики

Тази категория включва всички прости въглехидрати, които съдържат алдехидна (алдоза) или кетонна (кетоза) група и не повече от 10 въглеродни атома във веригата. Ако погледнете броя на атомите в главната верига, тогава монозахаридите могат да бъдат разделени на:

• триози (глицералдехид);
• тетрози (еритрулоза, еритроза);
• пентози (рибоза и дезоксирибоза);
• хексози (глюкоза, фруктоза).

Всички други представители не са толкова важни за тялото, колкото изброените.

Характеристики на структурата на молекулите

Според структурата си монозите могат да бъдат представени както под формата на верига, така и под формата на цикличен въглехидрат. Как се случва това? Работата е там, че централният въглероден атом в съединението е асиметричен център, около който молекулата в разтвора може да се върти. Така се образуват оптичните изомери на L- и D-формата монозахариди. При коетоформулата за глюкоза, написана под формата на права верига, може да се схване мислено от алдехидната група (или кетон) и да се навива на топка. Ще бъде получена съответната циклична формула.

Химичната структура на въглехидратите от серията monoz е доста проста: редица въглеродни атоми, образуващи верига или цикъл, от всяка от които хидроксилни групи и водородни атоми са разположени от различни или от една и съща страна. Ако всички структури с едно и също име са от едната страна, тогава се образува D-изомер, ако те са различни с редуване една на друга, тогава се образува L-изомер. Ако запишем общата формула на най-често срещания представител на глюкозните монозахариди в молекулярна форма, тогава тя ще изглежда така: _{. Освен това този запис отразява и структурата на фруктозата. В крайна сметка, химически тези две монози са структурни изомери. Глюкозата е алдехиден алкохол, фруктозата е кето алкохол.}

Структурата и свойствата на въглехидратите на редица монозахариди са тясно взаимосвързани. Всъщност, поради наличието на алдехидни и кетонни групи в състава на структурата, те принадлежат към алдехидни и кето алкохоли, което определя тяхната химическа природа и реакциите, в които те могат да влязат.

По този начин глюкозата проявява следните химични свойства:

1. Реакции поради наличието на карбонилна група:

• окисление - реакция на "сребърно огледало";
• с прясно утаен меден (II) хидроксид - алдонова киселина;
• силните окислители са способни да образуват двуосновни киселини (алдарна), превръщайки не само алдехида, но и една хидроксилна група;
• възстановяване - превръща се в многовалентни алкохоли.

2. Молекулата съдържа и хидроксилни групи, което отразява структурата. Свойства на въглехидратите, засегнати от групиране на данни:

• способност за алкилиране - образуване на етери;
• ацилиране - образуване на естери;
• качествена реакция за меден (II) хидроксид.

3. Високо специфични свойства на глюкозата:

• маслена;
• алкохол;
• млечнокисела ферментация.

Функции, изпълнявани в тялото

Структурата и функцията на въглехидратите от серията монози са тясно свързани. Последните се състоят преди всичко от участието в биохимичните реакции на живите организми. Каква роля играят монозахаридите в това?

1. Основа за производството на олиго- и полизахариди.
2. Пентозите (рибоза и дезоксирибоза) са най-важните молекули, участващи в образуването на АТФ, РНК, ДНК. А те от своя страна са основните доставчици на наследствен материал, енергия и протеини.
3. Концентрацията на глюкоза в човешката кръв е истински индикатор за осмотичното налягане и неговите промени.

Олигозахариди: структура

Структурата на въглехидратите от тази група се свежда до наличието на две (диози) или три (триози) молекули монозахариди в състава. Има и такива, които включват 4, 5 или повече структури (до 10), но най-често срещаните са дизахаридите. Тоест по време на хидролизасъединенията се разграждат, за да образуват глюкоза, фруктоза, пентоза и т.н. Какви съединения попадат в тази категория? Типичен пример е захароза (обикновена тръстикова захар), лактоза (основният компонент на млякото), малтоза, лактулоза, изомалтоза.

Химичната структура на въглехидратите от тази серия има следните характеристики:

1. Обща формула за молекулярни видове: C₁₂H₂₂O_11.
2. Два еднакви или различни монозни остатъка в дизахаридната структура са свързани помежду си с помощта на гликозиден мост. Природата на това съединение ще определи способността за намаляване на захарта.
3. Намаляване на дизахаридите. Структурата на въглехидратите от този тип се състои в образуването на гликозиден мост между хидроксилната група на алдехида и хидроксилните групи на различни мономолекули. Те включват: малтоза, лактоза и т.н.
4. Нередуциращ - типичен пример за захароза - когато се образува мост между хидроксилните групи само на съответните групи, без участието на алдехидната структура.

По този начин структурата на въглехидратите може да бъде представена накратко като молекулярна формула. Ако е необходима подробна подробна структура, тогава тя може да бъде изобразена с помощта на графичните проекции на Фишер или формулите на Хауърт. По-конкретно, два циклични мономера (монози) са или различни, или идентични (в зависимост от олигозахарида), свързани помежду си чрез гликозиден мост. При изграждане трябва да се вземе предвид способността за възстановяване, за да се покаже правилно връзката.

Примери за дизахаридни молекули

Ако задачата е във формата: "Отбележете структурните особености на въглехидратите", тогава за дизахаридите е най-добре първо да посочите от какви остатъци от моноза се състои. Най-често срещаните типове са:

• захароза - изградена от алфа-глюкоза и бета-фруктоза;
• малтоза - от глюкозни остатъци;
• целобиоза - състои се от два D-форма бета-глюкозни остатъка;
• лактоза - галактоза + глюкоза;
• лактулоза - галактоза + фруктоза и така нататък.

След това, според наличните остатъци, трябва да се изготви структурна формула с ясна индикация за вида на гликозиден мост.

Значение за живите организми

Ролята на дизахаридите също е много важна, важна е не само структурата. Функциите на въглехидратите и мазнините като цяло са сходни. Основата е енергийният компонент. Въпреки това, за някои отделни дизахариди трябва да се даде конкретното им значение.

1. Захарозата е основният източник на глюкоза в човешкото тяло.
2. Лактоза се намира в кърмата на бозайниците, включително до 8% в женското мляко.
3. Лактулозата се получава в лаборатория за медицинска употреба и се добавя към млечните продукти.

Всеки дизахарид, тризахарид и така нататък в човешкото тяло и други същества претърпява мигновена хидролиза, за да образува монози. Именно тази характеристика е в основата на използването на този клас въглехидрати от хората в тяхната сурова, непроменена форма (цвеклова или тръстикова захар).

Полизахариди: характеристики на молекулите

Функциите, съставът и структурата на въглехидратите от тази серия са от голямо значение за организмите на живите същества, както и за стопанската дейност на човека. Първо, трябва да разберете кои въглехидрати са полизахариди.

Има много от тях:

• нишесте;
• гликоген;
• murein;
• глюкоманан;
• целулоза;
• декстрин;
• галактоманан;
• muromin;
• пектинови вещества;
• амилоза;
• chitin.

Това не е пълен списък, а само най-значимите за животни и растения. Ако изпълните задачата "Отбелязвате структурните особености на въглехидратите на редица полизахариди", тогава преди всичко трябва да обърнете внимание на тяхната пространствена структура. Това са много обемни, гигантски молекули, състоящи се от стотици мономерни единици, омрежени чрез гликозидни химически връзки. Често структурата на полизахаридните въглехидратни молекули е наслоен състав.

Има определена класификация на такива молекули.

1. Хомополизахариди - състоят се от едни и същи многократно повтарящи се единици монозахариди. В зависимост от монозите, те могат да бъдат хексози, пентози и т.н. (глюкани, манани, галактани).
2. Хетерополизахариди - образувани от различни мономерни единици.

Съединенията с линейна пространствена структура трябва да включват, например, целулоза. Повечето полизахариди имат разклонена структура - нишесте, гликоген, хитин и т.н.

Роля в тялото на живите същества

Структурата и функциите на тази група въглехидрати са тясно свързани с жизнената дейност на всички същества. Така например растенията под формата на резервно хранително вещество натрупват нишесте в различни части на издънката или корена. Основният източник на енергия за животните отново са полизахаридите, чието разграждане произвежда доста много енергия.

Въглехидратите играят много важна роля в структурата на клетката. Покритието на много насекоми и ракообразни се състои от хитин, муреинът е компонент на бактериалната клетъчна стена, целулозата е в основата на растенията.

Резервното хранително вещество от животински произход са гликогенните молекули или, както по-често се нарича, животински мазнини. Съхранява се в отделни части на тялото и изпълнява не само енергийна, но и защитна функция срещу механични въздействия.

За повечето организми структурата на въглехидратите е от голямо значение. Биологията на всяко животно и растение е такава, че изисква постоянен източник на енергия, неизчерпаем. И само те могат да дадат това и най-вече под формата на полизахариди. И така, пълното разграждане на 1 g въглехидрати в резултат на метаболитни процеси води до освобождаване на 4,1 kcal енергия! Това е максимумът, няма повече връзки. Ето защо въглехидратите трябва да присъстват в диетата на всеки човек и животно. Растенията, от друга страна, се грижат за себе си: в процеса на фотосинтеза те образуват нишесте вътре в себе си и го съхраняват.

Общи свойства на въглехидратите

Структурата на мазнините, протеините и въглехидратитеобщо взето подобни. В крайна сметка всички те са макромолекули. Дори някои от функциите им са от общ характер. Ролята и значението на всички въглехидрати в живота на биомасата на планетата трябва да бъдат обобщени.

1. Съставът и структурата на въглехидратите предполагат използването им като строителен материал за обвивката на растителни клетки, животински и бактериални мембрани, както и образуването на вътреклетъчни органели.
2. Защитна функция. Той е характерен за растителните организми и се проявява в образуването на тръни, шипове и т.н.
3. Пластична роля - образуването на жизненоважни молекули (ДНК, РНК, АТФ и други).
4. Рецепторна функция. Полизахаридите и олигозахаридите са активни участници в транспортните трансфери през клетъчната мембрана, "пазители", които улавят ефектите.
5. Енергийната роля е най-значима. Осигурява максимална енергия за всички вътреклетъчни процеси, както и за работата на целия организъм като цяло.
6. Регулиране на осмотичното налягане - глюкозата контролира това.
7. Някои полизахариди се превръщат в резервно хранително вещество, източник на енергия за животинските същества.

Така е очевидно, че структурата на мазнините, белтъчините и въглехидратите, техните функции и роля в организмите на живите системи са от решаващо и решаващо значение. Тези молекули са създателите на живота, те също го съхраняват и поддържат.

Въглехидрати с други макромолекулни съединения

Позната е и ролята на въглехидратите не в чиста форма, а в комбинация с други молекули. Те включват най-често срещанитекато:

• гликозаминогликани или мукополизахариди;
• гликопротеини.

Структурата и свойствата на въглехидратите от този тип са доста сложни, тъй като различни функционални групи са комбинирани в комплекс. Основната роля на молекулите от този тип е участието в много жизнени процеси на организмите. Представители са: хиалуронова киселина, хондроитин сулфат, хепаран, кератан сулфат и др.

Съществуват и комплекси от полизахариди с други биологично активни молекули. Например гликопротеини или липополизахариди. Тяхното съществуване е важно за формирането на имунологичните реакции на организма, тъй като те са част от клетките на лимфната система.