Lastnosti in struktura ogljikovih hidratov. Funkcije ogljikovih hidratov

Za človeško telo, pa tudi druga živa bitja, je potrebna energija. Brez njega ni nobenega procesa. Konec koncev, vsak biokemični reakciji, katerikoli encimski proces ali metabolični stadij potrebuje vir energije.

Zato je pomembnost snovi, ki telesu zagotavljajo moč za življenje, zelo velika in pomembna. Kakšne so te snovi? Ogljikovi hidrati, beljakovine, maščobe. Struktura vsak od njih je drugačen, pripadajo popolnoma drugačnim razredom kemičnih spojin, vendar je ena od njihovih funkcij podobna - telesu zagotavlja potrebno energijo za življenje. Razmislite o eni skupini teh snovi - ogljikovih hidratov.

Razvrstitev ogljikovih hidratov

Sestava in struktura ogljikovih hidratov od njihovega odkritja so bila določena z imenom. Navsezadnje se je po zgodnjih virih verjel, da gre za skupino spojin, v strukturi katerih so atomi ogljika povezani z molekulami vode.

Bolj temeljite analize in zbrane informacije o raznolikosti teh snovi so omogočile dokazati, da imajo vsi predstavniki samo takšno sestavo. Vendar je ta znak še vedno eden od tistih, ki določa strukturo ogljikovih hidratov.

Sodobna klasifikacija te skupine spojin je naslednja:

1. Monosaharidi (riboza, fruktoza, glukoza in tako naprej).
2. Oligosaharidi (bioze, triose).
3. Polisaharidi (škrob, celuloza).

Tudi vsi ogljikovi hidrati so lahko razdeljeni v naslednje dve veliki skupini:

• obnavljanje;
• neobnovljiv.

Struktura ogljikovih hidratnih molekul vsake skupine je podrobneje obravnavana.

Monosaharidi: značilnost

Ta kategorija vključuje vse preproste ogljikove hidrate, ki vsebujejo aldehidne (aldozne) ali ketonske (ketozne) skupine in ne več kot 10 atomi ogljika v strukturi verige. Če pogledate število atomov v glavni verigi, lahko monosaharide razdelimo na:

• triose (glicerol aldehid);
• tetroza (eritruloza, eritroza);
• pentoze (riboza in deoksiriboza);
• heksoze (glukoza, fruktoza).

Vsi ostali predstavniki niso tako pomembni za telo, kot je navedeno.

Značilnosti strukture molekul

V svoji strukturi lahko monozame predstavimo tako v obliki verige kot v obliki cikličnega ogljikovega hidrata. Kako se to zgodi? Stvar je v tem, da je osrednji ogljikov atom v spojini asimetrično središče, okoli katerega se lahko molekula v raztopini vrti. Tako nastanejo optični izomeri monosaharidov L in D oblike. V tem primeru se formula glukoze, zapisana v obliki ravne verige, lahko psihično razume kot aldehidna skupina (ali keton) in jo zavije v kroglico. Dobimo ustrezno ciklično formulo.

Kemijska struktura ogljikovih hidratov vrste monozonov je precej preprosta: niz atomov ogljika, ki tvorijo verigo ali cikel, od katerih je na različnih ali na eni strani mogoče najti hidroksilne skupine in atome vodika. Če so vse iste strukture na isti strani, potem se oblikuje D-izomer, če je drugače drug drug drugemu - potem L-izomer. Če bomo zapisali splošno formulo najpogostejšega predstavnika glukoznih monosaharidov v molekularni obliki, bo imela obliko: C₆H_{12. mesto}O podjetju₆. Ta rekord odraža tudi strukturo in fruktozo. Navsezadnje, kemično ti dve monozemi so strukturni izomeri. Glukoza - aldehidni alkohol, fruktoza - ketoalkohol.

Struktura in lastnosti ogljikovih hidratov številnih monosaharidov so tesno povezani. Konec koncev, zaradi prisotnosti aldehidne in ketonske skupine v strukturi pripadajo aldehidnim in ketonskim alkoholom, ki določajo njihovo kemično naravo in reakcije, do katerih lahko vstopijo.

Tako glukoza kaže naslednje kemijske lastnosti:

1. Reakcije zaradi prisotnosti karbonilne skupine:

• oksidacija - reakcija "srebrnega ogledala";
• s sveže oborjenim bakrov hidroksid (Ii) aldonska kislina;
• močni oksidanti lahko tvorijo dvobazne kisline (Aldar), ki ne spreminjajo le aldehida, temveč tudi eno hidroksilno skupino;
• predelava - se pretvori v polihidrične alkohole.

2. V molekuli so tudi hidroksilne skupine, ki odražajo strukturo. Lastnosti ogljikovih hidratov, na katere vplivajo te skupine:

• sposobnost alkiliranja - tvorba etrov;
• acilacija - tvorba estri;
• kvalitativno reakcijo na bakrov (II) hidroksid.

3. Omejene lastnosti glukoze:

• oleinska kislina;
• alkohol;
• mlečna fermentacija.

Izvedene funkcije v telesu

Struktura in funkcije ogljikovih hidratov številnih monozomov so tesno povezani. Slednje so najprej sodelovanje v biokemijskih reakcijah živih organizmov. Kakšno vlogo igrajo monosaharidi v tem?

1. Osnova za proizvodnjo oligo- in polisaharidov.
2. Pentoze (riboza in deoksiriboza) so najpomembnejše molekule, ki sodelujejo pri nastajanju ATP, RNA in DNA. In po drugi strani so glavni dobavitelji dednega materiala, energije in beljakovin.
3. Vsebnost koncentracije glukoze v človeški krvi je pravilen indikator osmotskega tlaka in njenih sprememb.

Oligosaharidi: struktura

Struktura ogljikovih hidratov te skupine je zmanjšana na prisotnost dveh (dioznih) ali treh (trioznih) molekul monosaharidov v sestavi. Obstajajo tudi tisti s 4, 5 ali več strukturami (do 10), najpogostejši pa so disaharidi. To pomeni, da se med hidrolizo spojine razgradijo s tvorbo glukoze, fruktoze, pentoze in tako naprej. Katere povezave so v tej kategoriji? Tipičen primer - to je saharoza (skupni trs sladkor), laktozo (glavna sestavina mleka), maltoza, laktuloza, izomaltoza.

Kemijska struktura ogljikovih hidratov te serije ima naslednje značilnosti:

1. Splošna formula molekulske vrste je: C_{12. mesto}H₂₂O podjetju_11.
2. Dve identični ali različni ostanki monazida v strukturi disaharida so združeni z glikozidnim mostom. Narava te spojine je odvisna od redukcijske sposobnosti sladkorja.
3. Regeneriranje disaharidov. Struktura ogljikovih hidratov te vrste sestoji iz tvorbe glikozidnega mostu med hidroksilom aldehidne in hidroksilne skupine različnih monomolekularnih molekul. To vključuje: maltozo, laktozo in tako naprej.
4. Ne-redukcijo - tipičen primer saharoze - kadar se med hidroksili samo enakovrednih skupin tvori most, brez sodelovanja aldehidne strukture.

Tako lahko strukturo ogljikovih hidratov na kratko predstavljamo v obliki molekulske formule. Če je potrebna podrobna podrobna struktura, jo lahko predstavimo z uporabo Fisherjevih grafičnih projekcij ali formul Hevorsja. In še posebej dva ciklična monomera (monozemi) sta bodisi drugačna bodisi enaka (odvisno od oligosaharida), ki sta povezana z glikozidnim mostom. Pri gradnji je potrebno upoštevati obnovitveno zmogljivost za pravilen prikaz povezave.

Primeri disaharidnih molekul

Če je naloga v obliki: "Upoštevajte značilnosti strukture ogljikovih hidratov", potem za disaharide je najbolje najprej navesti, iz katerih ostankov monosa je sestavljen. Najpogostejši tipi so:

• saharoza - je zgrajena iz alfa-glukoze in betta-fruktoze;
• maltozo - iz ostankov glukoze;
• celobioza - sestoji iz dveh ostankov beta-glukozne D-oblike;
• laktoza - galaktoza + glukoza;
• laktuloza - galaktoza + fruktoza in tako naprej.

Nato na podlagi razpoložljivih ostankov je treba izdelati strukturno formulo z jasnim receptom o vrsti glikozidnega mostu.

Pomen za žive organizme

Vloga disaharidov je zelo dobra, pomembna je struktura. Funkcije ogljikovih hidratov in maščob so na splošno podobne. V središču je energetska komponenta. Kljub temu je treba za nekatere posamezne disaharide navesti njihov poseben pomen.

1. Saharoza je glavni vir glukoze v človeškem telesu.
2. Laktoza se nahaja v materinem mleku sesalcev, med drugim pri ženskah do 8%.
3. Laktulozo dobimo v laboratoriju za medicinsko uporabo in dodamo tudi k proizvodnji mlečnih izdelkov.

Vsak disaharid, trisaharid in tako naprej v človeškem telesu in drugih bitjih se instantno hidrolizira s tvorbo monoze. Ta funkcija je osnova za uporabo tega razreda ogljikovih hidratov s strani osebe v surovi, nespremenjeni obliki (sladkorna pesa ali sladkorni trs).

Polisaharidi: molekularne lastnosti

Funkcije, sestava in struktura ogljikovih hidratov te serije so zelo pomembne za organizme živih bitij in za človeške gospodarske dejavnosti. Najprej je treba razumeti, kateri ogljikovi hidrati pripadajo polisaharidom.

Veliko jih je veliko:

• škrob;
• glikogen;
• glodalec;
• glukomanan;
• celuloza;
• dekstrin;
• galaktomanan;
• muromin;
• pektinske snovi;
• amiloza;
• chitin.

To ni popoln seznam, ampak le najpomembnejši za živali in rastline. Če opravljate nalogo »Upoštevajte posebnosti strukture ogljikovih hidratov številnih polisaharidov«, najprej pozorni na njihovo prostorsko strukturo. To so zelo obsežne, ogromne molekule, sestavljene iz več sto monomernih vezi, zamreženih z glikozidnimi kemičnimi vezmi. Struktura ogljikovih hidratnih molekul polisaharidov je pogosto sestavni sloj.

Obstaja definitivna klasifikacija takih molekul.

1. Homopolisaharidi - sestavljajo enake množilne ponavljajoče se enote monosaharidov. Odvisno od monozoa so lahko heksoze, pentoze in tako naprej (glukani, mananovi, galaktani).
2. Heteropolisaharidi - tvorijo različne monomerne enote.

Za spojine z linearno prostorsko strukturo, na primer, je treba vključiti celulozo. Razvejana struktura ima večino polisaharidov - škrob, glikogen, citin in tako naprej.

Vloga živih bitij v telesu

Struktura in funkcije ogljikovih hidratov te skupine so tesno povezani z življenjsko dejavnostjo vseh bitij. Na primer, rastline v obliki rezervnih hranil nabirajo škrob v različnih delih poganjkov ali korenin. Glavni vir energije za živali je spet polisaharidi, katerih delitev ustvarja veliko energije.

Ogljikovi hidrati v celična struktura imajo zelo pomembno vlogo. Hitina je pokrov mnogih žuželk in rakov, glodavcev - komponenta celične stene bakterij, celuloza je osnova rastlin.

Rezervna hranila živalskega izvora so molekule glikogena ali, kot se bolj pogosto imenujejo, živalska maščoba. Skladiščen je v ločenih delih telesa in ne samo z energijo, ampak tudi z zaščitno funkcijo mehanskih vplivov.

Za večino organizmov je zelo pomembna struktura ogljikovih hidratov. Biologija vsake živali in rastline je taka, da zahteva stalni vir energije, neizčrpen. To jim lahko dajejo le, predvsem pa v obliki polisaharidov. Tako popoln razklop 1 g ogljikovih hidratov, ki so posledica metabolnih procesih vodi do sproščanja 4,1 kcal energije! To je največja, brez več povezav. Zato morajo biti ogljikovi hidrati prisotni v prehrani katere koli osebe in živali. Rastline poskrbijo tudi za sebe: v procesu fotosinteze tvorijo škrob v sebi in ga shranjujejo.

Skupne lastnosti ogljikovih hidratov

Struktura maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov kot celote je podobna. Navsezadnje so vse makromolekule. Tudi nekatere njihove funkcije imajo skupno naravo. Treba je posploševati vlogo in pomen vseh ogljikovih hidratov v življenju biomase planeta.

1. Sestava in struktura ogljikovih hidratov pomeni njihovo uporabo kot gradbeni material za lupino rastlinskih celic, membrane živali in bakterij ter tvorbo intracelularnih organelov.
2. Zaščitna funkcija. Značilen je za rastlinske organizme in se kaže v nastanku bobnov, trnov in tako naprej.
3. Plastična vloga - tvorba vitalnih molekul (DNA, RNA, ATP in drugi).
4. Receptorjeva funkcija. Polisaharidi in oligosaharidi so aktivni udeleženci transportnih prevozov skozi celično membrano, "varovala", ki ujamejo učinke.
5. Energetska vloga je najpomembnejša. Zagotavlja maksimalno energijo za vse znotrajcelične procese, pa tudi za delo celotnega organizma kot celote.
6. Takšen nadzor izvaja regulacija osmotskega tlaka - glukoze.
7. Nekateri polisaharidi postanejo rezervno hranilo, vir energije za živalska bitja.

Tako je očitno, da sta struktura maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov, njihove funkcije in vloge v organih živih sistemov ključnega pomena in odločilnega pomena. Te molekule so ustvarjalci življenja, jih tudi ohranjajo in podpirajo.

Ogljikovi hidrati z drugimi visoko-molekularnimi spojinami

Tudi vloga ogljikovih hidratov ni znana v čisti obliki, temveč v kombinaciji z drugimi molekulami. Za takšno je mogoče tovrstno najbolj razširjeno, saj:

• glikozaminoglikani ali mukopolisaharidi;
• glikoproteini.

Struktura in lastnosti ogljikovih hidratov te vrste so precej zapletene, saj kompleks združuje najrazličnejše funkcionalne skupine. Glavna vloga takih molekul je sodelovanje v mnogih življenjskih procesih organizmov. Predstavniki so: hialuronska kislina, hondroitin sulfat, heparan, keratan-sulfat in drugi.

Obstajajo tudi kompleksi polisaharidov z drugimi biološko aktivnimi molekulami. Na primer, glikoproteini ali lipopolisaharidi. Njihov obstoj je pomemben pri oblikovanju imunoloških reakcij telesa, saj so del celic limfnega sistema.