Ogļhidrātu īpašības un struktūra. Ogļhidrātu funkcijas

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:35

Cilvēka ķermenim, tāpat kā citām dzīvām būtnēm, ir nepieciešama enerģija. Bez tā nekādi procesi nevar notikt. Galu galā katrai bioķīmiskajai reakcijai, katram fermentatīvajam procesam vai vielmaiņas stadijai ir nepieciešams enerģijas avots.

Tāpēc ļoti liela un svarīga ir vielu nozīme, kas nodrošina organismam spēku mūža garumā. Kas ir šīs vielas? Ogļhidrāti, olb altumvielas, tauki. Katrai no tām ir atšķirīga uzbūve, tās pieder pie pilnīgi dažādām ķīmisko savienojumu klasēm, taču viena no funkcijām ir līdzīga – organisma nodrošināšana ar dzīvībai nepieciešamo enerģiju. Apsveriet vienu uzskaitīto vielu grupu - ogļhidrātus.

Ogļhidrātu klasifikācija

Ogļhidrātu sastāvu un struktūru kopš to atklāšanas noteica to nosaukums. Patiešām, saskaņā ar sākotnējiem avotiem tika uzskatīts, ka šī ir savienojumu grupa, kuras struktūrā ir oglekļa atomi, kas saistīti ar ūdens molekulām.

Rūpīgāka analīze, kā arī uzkrātā informācija par šo vielu daudzveidību ļāva pierādīt, ka ne visiem pārstāvjiem ir tikai šāds sastāvs. Tomēršī iezīme joprojām ir viena no tām, kas nosaka ogļhidrātu struktūru.

Šīs savienojumu grupas mūsdienu klasifikācija ir šāda:

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

Tāpat visus ogļhidrātus var iedalīt šādās divās lielās grupās:

• atjauno;
• neatjaunojošs.

Katras grupas ogļhidrātu molekulu struktūra tiks aplūkota sīkāk.

Monosaharīdi: īpašības

Šajā kategorijā ietilpst visi vienkāršie ogļhidrāti, kas satur aldehīdu (aldožu) vai ketonu (ketozes) grupu un ne vairāk kā 10 oglekļa atomus ķēdes struktūrā. Ja paskatās uz atomu skaitu galvenajā ķēdē, tad monosaharīdus var iedalīt:

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

Visi pārējie pārstāvji ķermenim nav tik svarīgi kā uzskaitītie.

Molekulu struktūras iezīmes

Pēc to struktūras monozes var uzrādīt gan ķēdes, gan cikliskā ogļhidrāta veidā. Kā tas notiek? Lieta tāda, ka savienojuma centrālais oglekļa atoms ir asimetrisks centrs, ap kuru šķīdumā esošā molekula spēj griezties. Tādā veidā veidojas L un D formas monosaharīdu optiskie izomēri. Kurāglikozes formulu, kas rakstīta taisnas ķēdes formā, var garīgi uztvert aldehīda grupa (vai ketons) un saritināt bumbiņā. Tiks iegūta atbilstošā cikliskā formula.

Monoz sērijas ogļhidrātu ķīmiskā struktūra ir pavisam vienkārša: virkne oglekļa atomu veido ķēdi vai ciklu, no kuriem katra hidroksilgrupas un ūdeņraža atomi atrodas dažādās vai vienā pusē. Ja visas vienāda nosaukuma struktūras atrodas vienā pusē, tad veidojas D-izomērs, ja tās atšķiras, mainoties viena otrai, tad veidojas L-izomērs. Ja pierakstīsim molekulārā formā visizplatītākā glikozes monosaharīdu pārstāvja vispārīgo formulu, tad tā izskatīsies šādi: _{. Turklāt šis ieraksts atspoguļo arī fruktozes struktūru. Galu galā ķīmiski šīs divas monozes ir strukturāli izomēri. Glikoze ir aldehīda spirts, fruktoze ir ketospirts.}

Vairāku monosaharīdu ogļhidrātu struktūra un īpašības ir cieši saistītas. Patiešām, pateicoties aldehīdu un ketonu grupu klātbūtnei struktūras sastāvā, tie pieder pie aldehīdu un keto spirtiem, kas nosaka to ķīmisko raksturu un reakcijas, kurās tie spēj iekļūt.

Tādējādi glikozei ir šādas ķīmiskās īpašības:

1. Reakcijas karbonilgrupas klātbūtnes dēļ:

• oksidācija - "sudraba spoguļa" reakcija;
• ar tikko nogulsnētu vara (II) hidroksīdu - aldonskābi;
• spēcīgi oksidētāji spēj veidot divvērtīgās skābes (aldarskābes), pārvēršot ne tikai aldehīdu, bet arī vienu hidroksilgrupu;
• atgūšana - pārvēršas daudzvērtīgos spirtos.

2. Molekulā ir arī hidroksilgrupas, kas atspoguļo struktūru. Ogļhidrātu īpašības, ko ietekmē grupēšanas dati:

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

3. Ļoti specifiskas glikozes īpašības:

• sviests;
• alkohols;
• pienskābes fermentācija.

Ķermenī veiktās funkcijas

Monozes sērijas ogļhidrātu struktūra un funkcija ir cieši saistītas. Pēdējie, pirmkārt, sastāv no dalības dzīvo organismu bioķīmiskajās reakcijās. Kādu lomu tajā spēlē monosaharīdi?

1. Pamats oligo- un polisaharīdu ražošanai.
2. Pentozes (riboze un dezoksiriboze) ir vissvarīgākās molekulas, kas iesaistītas ATP, RNS, DNS veidošanā. Un viņi, savukārt, ir galvenie iedzimtības materiāla, enerģijas un olb altumvielu piegādātāji.
3. Glikozes koncentrācija cilvēka asinīs ir patiess osmotiskā spiediena un tā izmaiņu rādītājs.

Olgosaharīdi: struktūra

Šīs grupas ogļhidrātu struktūra ir samazināta līdz divu (diozes) vai trīs (triozes) monosaharīdu molekulu klātbūtnei kompozīcijā. Ir arī tādi, kas ietver 4, 5 vai vairāk struktūras (līdz 10), bet visizplatītākie ir disaharīdi. Tas ir, hidrolīzes laikāsavienojumi sadalās, veidojot glikozi, fruktozi, pentozi utt. Kādi savienojumi ietilpst šajā kategorijā? Tipisks piemērs ir saharoze (parastais niedru cukurs), laktoze (piena galvenā sastāvdaļa), m altoze, laktuloze, izom altoze.

Šīs sērijas ogļhidrātu ķīmiskajai struktūrai ir šādas īpašības:

1. Vispārējā molekulāro sugu formula: C₁₂H₂₂O_11.
2. Divi identiski vai atšķirīgi monozes atlikumi disaharīdu struktūrā ir savienoti viens ar otru, izmantojot glikozīdu tiltu. Šī savienojuma īpašības noteiks cukura reducējošo spēju.
3. Disaharīdu samazināšana. Šāda veida ogļhidrātu struktūra sastāv no glikozīdu tilta veidošanās starp aldehīda hidroksilgrupām un dažādu monomolekulu hidroksilgrupām. Tajos ietilpst: m altoze, laktoze un tā tālāk.
4. Nereducējoša - tipisks saharozes piemērs - kad veidojas tilts starp tikai atbilstošo grupu hidroksilgrupām, nepiedaloties aldehīda struktūrai.

Tādējādi ogļhidrātu struktūru var īsumā attēlot kā molekulāro formulu. Ja nepieciešama detalizēta detalizēta struktūra, to var attēlot, izmantojot Fišera grafiskās projekcijas vai Havorta formulas. Konkrēti, divi cikliskie monomēri (monozes) ir vai nu atšķirīgi, vai identiski (atkarībā no oligosaharīda), kas ir savstarpēji savienoti ar glikozīdu tiltu. Veidojot, ir jāņem vērā atjaunošanas iespēja, lai pareizi parādītu savienojumu.

Disaharīdu molekulu piemēri

Ja uzdevums ir formā: "Ņemiet vērā ogļhidrātu struktūras īpatnības", tad attiecībā uz disaharīdiem vislabāk vispirms norādīt, no kādiem monozes atlikumiem tas sastāv. Visizplatītākie veidi ir:

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

Pēc tam saskaņā ar pieejamajiem atlikumiem ir jāsastāda strukturālā formula, skaidri norādot glikozīdu tilta veidu.

Svarīgums dzīviem organismiem

Ļoti svarīga ir arī disaharīdu loma, svarīga ir ne tikai struktūra. Ogļhidrātu un tauku funkcijas kopumā ir līdzīgas. Pamats ir enerģijas sastāvdaļa. Tomēr dažiem atsevišķiem disaharīdiem ir jānorāda to īpašā nozīme.

1. Saharoze ir galvenais glikozes avots cilvēka organismā.
2. Laktoze ir atrodama zīdītāju mātes pienā, tostarp līdz 8% sieviešu pienā.
3. Laktulozi iegūst laboratorijā medicīniskai lietošanai un pievieno piena produktiem.

Jebkurš disaharīds, trisaharīds un tamlīdzīgi cilvēka ķermenī un citās radībās tiek nekavējoties hidrolizēts, veidojot monozes. Tieši šī īpašība ir pamatā tam, ka cilvēki izmanto šīs klases ogļhidrātus to neapstrādātā, nemainītā veidā (biešu vai niedru cukurs).

Polisaharīdi: molekulu īpašības

Šīs sērijas ogļhidrātu funkcijām, sastāvam un struktūrai ir liela nozīme dzīvo būtņu organismiem, kā arī cilvēka saimnieciskajai darbībai. Pirmkārt, jums vajadzētu noskaidrot, kuri ogļhidrāti ir polisaharīdi.

To ir daudz:

• ciete;
• glikogēns;
• murein;
• glikomannāns;
• celuloze;
• dekstrīns;
• galaktomannāns;
• muromin;
• pektīnvielas;
• amiloze;
• hitīns.

Šis nav pilnīgs saraksts, bet tikai vissvarīgākais dzīvniekiem un augiem. Ja veicat uzdevumu "Atzīmējiet vairāku polisaharīdu ogļhidrātu struktūras iezīmes", tad vispirms jāpievērš uzmanība to telpiskajai struktūrai. Tās ir ļoti apjomīgas, gigantiskas molekulas, kas sastāv no simtiem monomēru vienību, kas savstarpēji saistītas ar glikozīdu ķīmiskajām saitēm. Bieži vien polisaharīdu ogļhidrātu molekulu struktūra ir slāņveida sastāvs.

Ir noteikta šādu molekulu klasifikācija.

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

Savienojumos ar lineāru telpisko struktūru jāietver, piemēram, celuloze. Lielākajai daļai polisaharīdu ir sazarota struktūra - ciete, glikogēns, hitīns un tā tālāk.

Loma dzīvo būtņu ķermenī

Šīs ogļhidrātu grupas struktūra un funkcijas ir cieši saistītas ar visu radījumu vitālo darbību. Tā, piemēram, augi rezerves barības vielu veidā uzkrāj cieti dažādās dzinuma vai saknes daļās. Dzīvnieku galvenais enerģijas avots atkal ir polisaharīdi, kuru sadalīšanās rezultātā rodas diezgan daudz enerģijas.

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

Dzīvnieku izcelsmes rezerves barības viela ir glikogēna molekulas jeb, kā to mēdz dēvēt, dzīvnieku tauki. Tas tiek uzkrāts atsevišķās ķermeņa daļās un veic ne tikai enerģijas, bet arī aizsargfunkciju pret mehāniskām ietekmēm.

Lielākajai daļai organismu ogļhidrātu struktūrai ir liela nozīme. Katra dzīvnieka un auga bioloģija ir tāda, ka tas prasa pastāvīgu enerģijas avotu, neizsīkstošu. Un tikai viņi to var dot, un galvenokārt polisaharīdu veidā. Tātad pilnīga 1 g ogļhidrātu sadalīšanās vielmaiņas procesu rezultātā noved pie 4,1 kcal enerģijas izdalīšanās! Tas ir maksimums, vairs nav savienojumu. Tāpēc ogļhidrātiem jābūt jebkura cilvēka un dzīvnieka uzturā. Savukārt augi rūpējas par sevi: fotosintēzes procesā tie sevī veido cieti un uzglabā to.

Ogļhidrātu vispārīgās īpašības

Tauku, olb altumvielu un ogļhidrātu struktūrakopumā līdzīgi. Galu galā tās visas ir makromolekulas. Pat dažām to funkcijām ir kopīgs raksturs. Jārezumē visu ogļhidrātu loma un nozīme planētas biomasas dzīvē.

1. Ogļhidrātu sastāvs un struktūra nozīmē to izmantošanu kā būvmateriālu augu šūnu apvalkam, dzīvnieku un baktēriju membrānām, kā arī intracelulāru organellu veidošanai.
2. Aizsardzības funkcija. Tas ir raksturīgs augu organismiem un izpaužas kā ērkšķu, muguriņu un tā tālāk veidošanās.
3. Plastmasas loma - dzīvībai svarīgu molekulu (DNS, RNS, ATP un citu) veidošanās.
4. Receptoru funkcija. Polisaharīdi un oligosaharīdi ir aktīvi dalībnieki transportēšanā caur šūnu membrānu, "sargi", kas uztver efektus.
5. Enerģētiskā loma ir vissvarīgākā. Nodrošina maksimālu enerģiju visiem intracelulāriem procesiem, kā arī visa organisma darbam kopumā.
6. Osmotiskā spiediena regulēšana - glikoze to kontrolē.
7. Daži polisaharīdi kļūst par rezerves barības vielu, enerģijas avotu dzīvnieku radībām.

Līdz ar to ir acīmredzams, ka tauku, olb altumvielu un ogļhidrātu uzbūvei, to funkcijām un nozīmei dzīvo sistēmu organismos ir izšķiroša un izšķiroša nozīme. Šīs molekulas ir dzīvības radītājas, tās arī saglabā un atbalsta to.

Ogļhidrāti ar citiem lielmolekulāriem savienojumiem

Zināma arī ogļhidrātu loma nevis tīrā veidā, bet gan kombinācijā ar citām molekulām. Tie ietver visizplatītākospatīk:

• glikozaminoglikāni vai mukopolisaharīdi;
• glikoproteīni.

Šā tipa ogļhidrātu struktūra un īpašības ir diezgan sarežģītas, jo dažādas funkcionālās grupas tiek apvienotas kompleksā. Šāda veida molekulu galvenā loma ir līdzdalība daudzos organismu dzīves procesos. Pārstāvji ir: hialuronskābe, hondroitīna sulfāts, heparāns, keratāna sulfāts un citi.

Ir arī polisaharīdu kompleksi ar citām bioloģiski aktīvām molekulām. Piemēram, glikoproteīni vai lipopolisaharīdi. To esamība ir svarīga organisma imunoloģisko reakciju veidošanā, jo tie ir daļa no limfātiskās sistēmas šūnām.