Kaj je ogljikovi hidrati, vloga ogljikovih hidratov v človeškem telesu

Kemijske lastnosti celic, ki sestavljajo žive organizme, so odvisne predvsem od števila atomov ogljika, ki predstavljajo do 50% suhe mase. Atome ogljika najdemo v glavnih organskih snoveh: beljakovine, nukleinske kisline, lipide in ogljikove hidrate. Slednja skupina vsebuje spojine ogljika in vode, ki ustrezajo formuli (CH₂

Razvrstitev

Ta skupina spojin v biokemije so razdeljene v tri razrede: enostavni sladkorji (monosaharidi), polimerne spojine z glikozidno vezjo - oligosaharidov in biopolimerov z visoko molekulsko maso, - polisaharidi. Snovi iz zgornjih razredov najdemo v različnih vrstah celic. Na primer, obstaja glukoze in škroba v rastlinskih strukturah, glikogen - v človeških hepatocitov in celične stene gliv, za citin - v zunanjih okostje členonožce. Vse gornje snovi so ogljikovi hidrati. Vloga ogljikovih hidratov v telesu je univerzalna. So glavni dobavitelj energije za življenjske manifestacije celice rastlin, bakterije, živali in ljudi.

Monosaharidi

Imeti splošno formulo C_nH_2nO_n in so razdeljeni v skupine, odvisno od števila ogljikovih atomov v molekuli: trioses, tetroses, pentoz in tako naprej. Kot del organelov celic in citoplazme enostavnih sladkorjev imajo dve prostorske konfiguracije: linearno in krožno. V prvem primeru so ogljikovi atomi medsebojno povezani s pomočjo kovalentne vezi sigma in tvorita zaprt zank, v drugem primeru okostje ogljik ni zaprta in morda razvejanja. Če želite ugotoviti, kakšna je vloga ogljikovih hidratov v telesu, menijo, da je najpogostejši od njih - pentoze in heksozni.

Izomeri: glukoza in fruktoza

Imajo enako molekulsko formulo C₆H_{12. mesto}O₆, vendar različne strukturne vrste molekul. Pred tem smo že imenovali glavno vlogo ogljikovih hidratov v živem organizmu - energiji. Zgoraj navedene snovi cepi celica. Posledično se sprosti energija (17,6 kJ od enega grama glukoze). Poleg tega se sintetizira 36 ATP molekul. Razgradnja glukoze poteka na membranah (kristalih) mitohondrije in je veriga encimatskih reakcij - cikel Krebs. To je najpomembnejša povezava v disimilaciji, ki se pojavlja v vseh celicah heterotrofnih evkariontskih organizmov, brez izjeme.

Glukoza se tvori tudi pri miocitih sesalcev zaradi cepitve v mišičnem tkivu rezine glikogena. V prihodnosti se uporablja kot zlahka dezintegracijska snov, saj je zagotavljanje celic z energijo glavna vloga ogljikovih hidratov v telesu. Rastline so fototrofi in neodvisno oblikujejo glukozo v procesu fotosinteze. Te reakcije imenujemo cikel Calvin. Začetna snov je ogljikov dioksid, akceptor pa je ribosezodifosfat. Sinteza glukoze se pojavi v matriki kloroplastov. Fruktoza, ki ima enako molekulsko formulo kot glukoza, v molekuli vsebuje funkcionalno skupino ketonov. To je slajše od glukoze in se nahaja v medu, pa tudi sok jagod in sadja. Tako je biološka vloga ogljikovih hidratov v telesu predvsem, da jih uporabljamo kot hiter vir energije.

Vloga pentoz v dednosti

Vzemimo še eno skupino monosaharidov - riboze in deoksiribose. Njihova edinstvenost leži v dejstvu, da so del polimerov - nukleinskih kislin. Za vse organizme, vključno z neceličnimi oblikami življenja, sta DNK in RNA glavni nosilci dednih informacij. Riboza je vključena v molekule RNK, dezoksibiroza pa vsebuje nukleotide DNA. Zato je biološka vloga ogljikovih hidratov v človeškem telesu ta, da sodelujejo pri nastanku enote dednosti - genov in kromosomov.

Primeri pentoz, ki vsebujejo aldehidno skupino in pogosti v rastlinskem svetu, so ksiloza (vsebovana v stebelih in semenih), alfa-arabinoza (najdemo v dlesni iz kamnitih sadnih dreves). Tako je porazdelitev in biološka vloga ogljikovih hidratov v telesu višjih rastlin dovolj velika.

Kaj so oligosaharidi

Če ostanki molekul monosaharidi, kot je glukoza ali fruktoza, povezanih s kovalentnimi vezmi, so tvorjene oligosaharidnih - polimerni ogljikovi hidrati. Vloga ogljikovih hidratov v telesu obeh rastlin in živali je raznolika. To velja zlasti za disaharide. Najpogostejši med njimi so saharoza, laktoza, maltoza in trehaloza. Torej, saharoza, sicer imenovana trst ali sladkorna pesa, je v rastlinah v obliki raztopine in je shranjena v koreninah ali stebelih. Zaradi hidrolize nastanejo molekule glukoze in fruktoze. Mlečni sladkor, laktoza, ima živalski izvor. Pri nekaterih ljudeh je nestrpnost s to snovjo povezana s hipoksretijo encima laktaze, ki zlomi mlečni sladkor v galaktozo in glukozo. Vloga ogljikovih hidratov je ključnega pomena. Na primer, trehaloza disaharid, sestavljen iz dveh ostankov glukoze, je del hemolymfa rakov, pajkov in žuželk. Pojavijo se tudi v celicah gliv in nekaterih alg.

Druga disaharid - maltoze, ali sladnega sladkorja, ki je vsebovana v zrnju ječmena in rži v njihovo kalitev, je molekula sestavljena iz dveh glukoznih ostankov. Nastanejo kot posledica razpada rastlinskega ali živalskega škroba. V tankem črevesu človeka in sesalcev se maltoza razcepi z delovanjem encima, imenovanega maltaza. V odsotnosti v sok pankreasa se pojavijo patologija zaradi nestrpnosti v živilih glikogena ali rastlinskega škroba. V tem primeru uporabite posebno dieto in dodajte prehrani samega encima.

Kompleksni ogljikovi hidrati v naravi

So zelo razširjeni, zlasti v rastlinskem svetu, so biopolimeri in imajo veliko molekulsko maso. Na primer, škrob je 800 000 in celuloze - 1 600 000 polisaharide razlikuje v sestavi monomera, stopnjo polimerizacije in dolžinami verig. V nasprotju s enostavnih sladkorjev in oligosaharidov, ki so zlahka topen v vodi in imajo sladek okus, polisaharidi hidrofoben in okusa. Razmislite vlogo ogljikovih hidratov v človeškem telesu kot primer glikogen - živalskega škroba. To se sintetizira iz glukoze in pridržane v jetrnih celicah in skeletnih mišičnih celic, kjer je njegova vsebina dvakrat višja kot v jetrih. Z nastajanje glikogena so lahko tudi podkožne maščobe, neurocytes in makrofagov. Druga polisaharid - rastlinskega škroba je produkt fotosinteze in se proizvaja v plastidih zelene.

Od samega začetka človeške civilizacije so bili glavni dobavitelji škroba dragocene kmetijske pridelke: riž, krompir, koruza. So še vedno osnova prehranske prehrane velike večine prebivalcev Zemlje. Zato so ogljikovi hidrati tako dragoceni. Vloga ogljikovih hidratov v telesu je, kot smo videli, v njihovi uporabi kot energetsko intenzivne in hitro prebavljive organske snovi.

Obstaja skupina polisaharidov, katerih monomeri so ostanki hialuronske kisline. Imenujejo se pektini in so strukturne snovi rastlinskih celic. Še posebej bogati so skorja jabolk, pesnena pulpa. Celične snovi pektina regulirajo intracelularni tlak - turgor. V slaščičarski industriji se uporabljajo kot želirna sredstva in sredstva za zgoščevanje pri proizvodnji kakovostnih sort marshmallow in marmelade. V prehranski prehrani se uporabljajo biološko aktivne snovi, ki izločajo toksine iz debelega črevesa.

Kaj so glikolipidi

To je zanimiva skupina kompleksnih spojin ogljikovih hidratov in maščob, ki so v živčnem tkivu. Sestavljen je iz glave in hrbtenjače sesalcev. Glikolipidi se nahajajo tudi v celičnih membranah. Na primer, pri bakterijah sodelujejo v medceličnih kontaktih. Nekatere od teh spojin so antigeni (snovi, ki zaznavajo krvne skupine sistema Landsteiner AB0). V celicah živali, rastlin in ljudi, poleg glikolipidov, obstajajo tudi neodvisne molekule maščob. Izpolnjujejo predvsem energijsko funkcijo. Pri razdelitvi enega grama maščobe se sprosti energija 38,9 kJ. Za lipide je značilna tudi strukturna funkcija (del celičnih membran). Te funkcije torej opravljajo ogljikovi hidrati in maščobe. Njihova vloga v telesu je izjemno visoka.

Vloga ogljikovih hidratov in lipidov v telesu

V celicah ljudi in živali lahko opazimo medsebojno preusmeritev polisaharidov in maščob, ki nastanejo zaradi presnove. Znanstveniki-nutricionisti so ugotovili, da pretirana poraba škrobnih živil vodi v kopičenje maščob. Če ima oseba slabovidnost trebušne slinavke v smislu razporeditve amilaze ali vodi sedentarni življenjski slog, se njegova telesna masa močno poveča. Treba je spomniti, da je hrana bogata z ogljikovimi hidrati razdeljena predvsem v dvanajstniku na glukozo. Absorbirajo ga kapilarne vile tankega črevesja in se odlagajo v jetrih in mišicah v obliki glikogena. Bolj intenzivna metabolizem v telesu je bolj aktivna, zato se razdeli na glukozo. Nato jih celice uporabljajo kot glavni energetski material. Te informacije služijo kot odgovor na vprašanje o vlogi ogljikovih hidratov v človeškem telesu.

Pomembnost glikoproteinov

Spojine te skupine snovi predstavljajo kompleksni ogljikovi hidrati + beljakovine. Imenujejo se tudi glikokonjugati. To so protitelesa, hormoni, membranske strukture. Najnovejši biokemijske študije so pokazale, da če glikoproteini začne spreminjati izvorno (naravno) strukturo, vodi do razvoja teh zapletenih bolezni, kot so astma, revmatoidni artritis, rak. Vloga glikokonjugatov v presnovi celic je super. Torej, interferoni zavirajo razmnoževanje virusov, imunoglobulini ščitijo telo pred patogeni dejavniki. Krive beljakovine spadajo tudi v to skupino snovi. Zagotavljajo zaščitne in varovalne lastnosti. Vse zgoraj navedene funkcije potrjujejo dejstvo, da je fiziološka vloga ogljikovih hidratov v telesu raznolika in izredno pomembna.

Kje in kako nastajajo ogljikovi hidrati

Glavni dobavitelji enostavnih in zapletenih sladkorjev so zelene rastline: alge, višje spore, gimnoperme in cvetoče rastline. V celicah vsebujejo pigmentni klorofil. Je del tiakakoidov - kloroplastnih struktur. Ruski znanstvenik K. A Timiryazev je proučil proces fotosinteze, zaradi česar se oblikujejo ogljikovi hidrati. Vloga ogljikovih hidratov v telesu rastline je kopičenje škroba v sadju, semenih in čebulah, to je v vegetativnih organih. Mehanizem fotosinteze je precej zapleten in je sestavljen iz serije encimskih reakcij, ki se pojavljajo tako v svetlobi kot v temi. Glukoza se s pomočjo ogljikovega dioksida sintetizira. Heterotropni organizmi uporabljajo zelene rastline kot vir hrane in energije. Tako so rastline, ki so prva povezava v vseh trofične verige in se imenujejo proizvajalci.

V celicah heterotrofnih organizmov se ogljikovi hidrati sintetizirajo na kanalih gladkega (agranularnega) endoplazemskega retikuluma. Nato se uporabljajo kot energenti in gradbeni materiali. V rastlinskih celicah se v kompleksu Golgi dodatno oblikujejo ogljikovi hidrati, nato pa še naprej tvorijo celulozno celično steno. V procesu prebave vretenčarjev so spojine, bogate z ogljikovi hidrati, delno razkosane v ustni votlini in želodcu. Glavne reakcije disimilacije se pojavijo v dvanajstniku. Izloča se sok pankreasa, ki vsebuje encim amilazo, razdeli škrob na glukozo. Kot je bilo že rečeno, se glukoza absorbira v kri v tankem črevesju in se razširi po vseh celicah. Tu se uporablja kot vir energije in strukturna snov. To pojasnjuje vlogo ogljikovih hidratov v telesu.

Supramembranski kompleksi heterotrofnih celic

Značilne so za živali in gobe. Kemijska sestava in molekularna organizacija teh struktur predstavljata spojine, kot so lipidi, beljakovine in ogljikovi hidrati. Vloga ogljikovih hidratov v telesu je sodelovanje v izmenjava energije in gradnjo membran. V celicah človeka in živali obstaja posebna strukturna komponenta, imenovana glikokaliza. Ta tanka površinska plast sestoji iz glikolipidov in glikoproteinov, vezanih na citoplazemsko membrano. Omogoča neposredno povezavo celic z zunanjim okoljem. Tu je zaznavanje draženja in ekstracelularna prebava. Zaradi svoje ogljikovodične membrane se celice med seboj strjujejo, tvorijo tkiva. Ta pojav se imenuje adhezija. Dodamo tudi, da so "repi" molekul ogljikovih hidratov nad površino celice in so usmerjeni v intersticijsko tekočino.

Druga skupina heterotrofnih organizmov - gliv, ima tudi površinsko napravo, ki se imenuje celična stena. Vključuje kompleksne sladkorje - chitin, glikogen. Nekatere vrste gliv tudi vsebujejo topne ogljikove hidrate, na primer trehalozo, imenovano gobovo sladkor.

Pri enoceličnih živalih, kot so ciliates, površinski sloj - pelikel vsebuje tudi komplekse oligosaharidov z beljakovinami in lipidi. Nekateri najpreprostejši pelikli so dovolj tanki in ne vplivajo na spremembo oblike telesa. In v drugih se zgosti in postane trdna, kot lupina, ki opravlja zaščitno funkcijo.

Celična stena rastlin

Vsebuje tudi veliko količino ogljikovih hidratov, zlasti celuloze, zbranih v obliki svežnjev vlaken. Te strukture tvorijo okostje, potopljeno v koloidno matriko. Sestoji predvsem iz oligo- in polisaharidov. Celične stene rastlinskih celic lahko lignifiramo. V tem primeru se prostori med svežnjami celuloze napolnijo z drugim ogljikovim hidratom - ligninom. Krepi nosilne funkcije celične membrane. Pogosto, zlasti v trajnih lesnih rastlinah, je zunanja plast iz celuloze prekrita z maščobo - suberin. Preprečuje vstop vode v rastlinska tkiva, zato so osnovne celice hitro umrle in prekrite z vtikačem.

Če povzamemo zgoraj, vidimo, da so ogljikovi hidrati in maščobe tesno povezani v celični steni rastlin. Njihovo vlogo v telesu fototrof je težko podcenjevati, saj glikolipidni kompleksi zagotavljajo podporne in zaščitne funkcije. Raziskujemo različne ogljikove hidrate, značilne za organizme kraljevine Drobyanka. Vključuje prokarionte, zlasti bakterije. Njihova celična stena vsebuje ogljikove hidrate - glodalec. Odvisno od strukture površinskega aparata se bakterije delijo v gram-pozitivne in gram-negativne.

Struktura druge skupine je bolj zapletena. Te bakterije imajo dve plasti: plastična in togasta. Prva vsebuje mukopolisaharide, npr. Glodalce. Njene molekule izgledajo kot velike strukture mreže, ki tvorijo kapsulo okrog bakterijske celice. Druga plast sestoji iz peptidoglikana, spojine polisaharidov in proteinov.

Lipopolisaharidi celične stene omogočajo, da se bakterije trdno pritrdijo na različne substrate, na primer na zobno sklenino ali na membrano evkariontskih celic. Poleg tega glikolipidi spodbujajo kohezijo bakterijskih celic med seboj. Na ta način se na primer oblikujejo verige streptokokov, grozdi stafilokokov, poleg tega imajo nekatere vrste prokariontov dodatno sluznico - peplos. Vsebuje polisaharide v svoji sestavi in ​​se lahko zlahka uniči z delovanjem trdega sevanja ali s stikom z nekaterimi kemikalijami, na primer z antibiotiki.