Proprietăți și structura carbohidraților. Funcțiile carbohidraților

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 05:39

Pentru corpul uman, precum și pentru alte ființe vii, este nevoie de energie. Fără ea, niciun proces nu poate avea loc. La urma urmei, fiecare reacție biochimică, fiecare proces enzimatic sau etapă a metabolismului are nevoie de o sursă de energie.

De aceea, importanța substanțelor care oferă organismului putere pentru viață este foarte mare și importantă. Care sunt aceste substante? Carbohidrați, proteine, grăsimi. Structura fiecăruia dintre ele este diferită, aparțin unor clase complet diferite de compuși chimici, dar una dintre funcțiile lor este similară - furnizarea corpului cu energia necesară vieții. Luați în considerare un grup de substanțe enumerate - carbohidrații.

Clasificarea carbohidraților

Compoziția și structura carbohidraților de la descoperirea lor a fost determinată de numele lor. Într-adevăr, conform surselor timpurii, se credea că acesta este un grup de compuși în structura cărora există atomi de carbon asociați cu moleculele de apă.

O analiză mai amănunțită, precum și informațiile acumulate despre diversitatea acestor substanțe, au făcut posibil să se demonstreze că nu toți reprezentanții au doar o astfel de compoziție. in orice cazaceastă caracteristică este încă una dintre cele care determină structura carbohidraților.

Clasificarea modernă a acestui grup de compuși este următoarea:

1. Monozaharide (riboză, fructoză, glucoză etc.).
2. Oligozaharide (bioze, trioze).
3. Polizaharide (amidon, celuloză).

De asemenea, toți carbohidrații pot fi împărțiți în următoarele două grupuri mari:

• restaurare;
• nerestauratoare.

Structura moleculelor de carbohidrați din fiecare grup va fi luată în considerare mai detaliat.

Monozaharide: caracteristici

Această categorie include toți carbohidrații simpli care conțin o grupare aldehidă (aldoze) sau cetonă (cetoze) și nu mai mult de 10 atomi de carbon în structura lanțului. Dacă te uiți la numărul de atomi din lanțul principal, atunci monozaharidele pot fi împărțite în:

• trioze (gliceraldehidă);
• tetroze (eritruloză, eritroză);
• pentoze (riboză și dezoxiriboză);
• hexoze (glucoză, fructoză).

Toți ceilalți reprezentanți nu sunt la fel de importanți pentru organism precum cei enumerați.

Caracteristici ale structurii moleculelor

După structura lor, monozele se pot prezenta atât sub formă de lanț, cât și sub formă de carbohidrat ciclic. Cum se întâmplă asta? Chestia este că atomul de carbon central din compus este un centru asimetric în jurul căruia molecula în soluție este capabilă să se rotească. Acesta este modul în care se formează izomerii optici ai monozaharidelor din forma L și D. în careformula glucozei, scrisă sub formă de lanț drept, poate fi prinsă mental de gruparea aldehidă (sau cetonă) și rulată într-o bilă. Se va obține formula ciclică corespunzătoare.

Structura chimică a carbohidraților din seria monoz este destul de simplă: un număr de atomi de carbon formând un lanț sau un ciclu, din care fiecare grupări hidroxil și atomii de hidrogen sunt localizați pe diferite sau pe aceeași parte. Dacă toate structurile cu același nume sunt pe o parte, atunci se formează un izomer D, dacă sunt diferite cu alternanță între ele, atunci se formează un izomer L. Dacă notăm formula generală a celui mai comun reprezentant al monozaharidelor de glucoză în formă moleculară, atunci va arăta astfel: _{. Mai mult, acest record reflectă și structura fructozei. La urma urmei, din punct de vedere chimic, aceste două monoze sunt izomeri structurali. Glucoza este un alcool aldehidic, fructoza este un alcool ceto.}

Structura și proprietățile carbohidraților unui număr de monozaharide sunt strâns legate între ele. Într-adevăr, datorită prezenței grupărilor aldehide și cetonice în compoziția structurii, acestea aparțin aldehidelor și cetoalcoolilor, ceea ce determină natura lor chimică și reacțiile în care sunt capabili să intre.

Astfel, glucoza prezintă următoarele proprietăți chimice:

1. Reacții datorate prezenței unei grupări carbonil:

• oxidare - reacție „oglindă de argint”;
• cu hidroxid de cupru (II) proaspăt precipitat - acid aldonic;
• agenți oxidanți puternici sunt capabili să formeze acizi dibazici (aldaric), transformând nu numai aldehida, ci și o grupare hidroxil;
• recuperare - transformat în alcooli polihidroxici.

2. Molecula conține, de asemenea, grupări hidroxil, care reflectă structura. Proprietățile carbohidraților afectate de datele de grupare:

• abilitatea de a alchila - formarea de eteri;
• acilare - formarea de esteri;
• reacție calitativă pentru hidroxid de cupru (II).

3. Proprietăți foarte specifice ale glucozei:

• butiric;
• alcool;
• fermentația acidului lactic.

Funcții efectuate în organism

Structura și funcția carbohidraților din seria monozelor sunt strâns legate. Acestea din urmă constau, în primul rând, în participarea la reacțiile biochimice ale organismelor vii. Ce rol joacă monozaharidele în acest sens?

1. Baza pentru producerea de oligo- și polizaharide.
2. Pentozele (riboză și dezoxiriboză) sunt cele mai importante molecule implicate în formarea ATP, ARN, ADN. Și ei, la rândul lor, sunt principalii furnizori de material ereditar, energie și proteine.
3. Concentrația de glucoză din sângele uman este un adevărat indicator al presiunii osmotice și al modificărilor acesteia.

Oligozaharide: structura

Structura carbohidraților din acest grup se reduce la prezența a două (dioze) sau trei (trioze) molecule de monozaharide în compoziție. Există și cele care includ 4, 5 sau mai multe structuri (până la 10), dar cele mai frecvente sunt dizaharidele. Adică în timpul hidrolizeicompușii se descompun pentru a forma glucoză, fructoză, pentoză și așa mai departe. Ce compuși se încadrează în această categorie? Un exemplu tipic este zaharoza (obișnuit zahăr din trestie), lactoza (componenta principală a laptelui), m altoza, lactuloza, izom altoza.

Structura chimică a carbohidraților din această serie are următoarele caracteristici:

1. Formula generală a speciilor moleculare: C₁₂H₂₂O_11.
2. Două reziduuri de monoză identice sau diferite din structura dizaharidei sunt conectate între ele folosind o punte glicozidică. Natura acestui compus va determina capacitatea de reducere a zahărului.
3. Reducerea dizaharidelor. Structura carbohidraților de acest tip constă în formarea unei punți glicozidice între hidroxilul grupărilor aldehide și hidroxil ale diferitelor molecule monos. Acestea includ: m altoză, lactoză și așa mai departe.
4. Nereducătoare - un exemplu tipic de zaharoză - atunci când se formează o punte între hidroxilii doar grupelor corespunzătoare, fără participarea structurii aldehidice.

Astfel, structura carbohidraților poate fi reprezentată pe scurt ca o formulă moleculară. Dacă este necesară o structură detaliată detaliată, atunci aceasta poate fi reprezentată folosind proiecțiile grafice ale lui Fisher sau formulele lui Haworth. Mai exact, doi monomeri ciclici (monoze) sunt fie diferiți, fie identici (în funcție de oligozaharidă), interconectați printr-o punte glicozidică. Când construiți, trebuie luată în considerare capacitatea de restaurare pentru a afișa corect conexiunea.

Exemple de molecule de dizaharide

Dacă sarcina este sub forma: „Notați caracteristicile structurale ale carbohidraților”, atunci pentru dizaharide este mai bine să indicați mai întâi din ce reziduuri monoză constă. Cele mai comune tipuri sunt:

• zaharoză - construit din alfa-glucoză și beta-fructoză;
• m altoză - din reziduuri de glucoză;
• celobioză - constă din două resturi de beta-glucoză în formă D;
• lactoză - galactoză + glucoză;
• lactuloză - galactoză + fructoză și așa mai departe.

Apoi, în funcție de reziduurile disponibile, ar trebui să se întocmească o formulă structurală cu o indicație clară a tipului de punte glicozidice.

Importanța pentru organismele vii

Foarte important este și rolul dizaharidelor, nu doar structura este importantă. Funcțiile carbohidraților și grăsimilor sunt în general similare. Baza este componenta energetică. Cu toate acestea, pentru unele dizaharide individuale, ar trebui să se acorde semnificația lor specifică.

1. Sucroza este principala sursă de glucoză din corpul uman.
2. Lactoza se găsește în laptele matern al mamiferelor, inclusiv până la 8% în laptele femeilor.
3. Lactuloza se obține într-un laborator pentru uz medical și se adaugă la produsele lactate.

Orice dizaharidă, trizaharidă și așa mai departe din corpul uman și alte creaturi suferă o hidroliză instantanee pentru a forma monoze. Această caracteristică stă la baza utilizării acestei clase de carbohidrați de către oameni în forma lor brută, nemodificată (zahăr din sfeclă sau trestie).

Polizaharide: caracteristici ale moleculelor

Funcțiile, compoziția și structura carbohidraților din această serie sunt de mare importanță pentru organismele ființelor vii, precum și pentru activitatea economică umană. În primul rând, ar trebui să vă dați seama ce carbohidrați sunt polizaharide.

Există o mulțime de ele:

• amidon;
• glicogen;
• murein;
• glucomannan;
• celuloză;
• dextrină;
• galactomanan;
• muromin;
• substanțe pectice;
• amiloză;
• chitin.

Aceasta nu este o listă completă, ci doar cea mai importantă pentru animale și plante. Dacă efectuați sarcina „Marcați caracteristicile structurale ale carbohidraților unui număr de polizaharide”, atunci în primul rând ar trebui să acordați atenție structurii lor spațiale. Acestea sunt molecule foarte voluminoase, gigantice, formate din sute de unități monomerice reticulate prin legături chimice glicozidice. Adesea, structura moleculelor de carbohidrați polizaharide este o compoziție stratificată.

Există o anumită clasificare a unor astfel de molecule.

1. Homopolizaharide - constau din aceleași unități de monozaharide care se repetă în mod repetat. În funcție de monoze, acestea pot fi hexoze, pentoze și așa mai departe (glucani, manani, galactani).
2. Heteropolizaharide - formate din diferite unități monomerice.

Compușii cu o structură spațială liniară ar trebui să includă, de exemplu, celuloza. Majoritatea polizaharidelor au o structură ramificată - amidon, glicogen, chitină și așa mai departe.

Rol în corpul ființelor vii

Structura și funcțiile acestui grup de carbohidrați sunt strâns legate de activitatea vitală a tuturor creaturilor. Deci, de exemplu, plantele sub forma unui nutrient de rezervă acumulează amidon în diferite părți ale lăstarului sau rădăcinii. Principala sursă de energie pentru animale sunt din nou polizaharidele, a căror descompunere produce destul de multă energie.

Carbohidrații joacă un rol foarte important în structura celulei. Învelișul multor insecte și crustacee este format din chitină, mureina este o componentă a peretelui celular bacterian, celuloza este baza plantelor.

Nutrimentul de rezervă de origine animală sunt moleculele de glicogen sau, așa cum se numește mai frecvent, grăsimea animală. Este stocat în părți separate ale corpului și îndeplinește nu numai o energie, ci și o funcție de protecție împotriva influențelor mecanice.

Pentru majoritatea organismelor, structura carbohidraților este de mare importanță. Biologia fiecărui animal și plante este de așa natură încât necesită o sursă constantă de energie, inepuizabilă. Și numai ei pot da acest lucru, și mai ales sub formă de polizaharide. Deci, descompunerea completă a 1 g de carbohidrați ca urmare a proceselor metabolice duce la eliberarea a 4,1 kcal de energie! Acesta este maximul, nu mai sunt conexiuni. De aceea carbohidrații trebuie să fie prezenți în alimentația oricărei persoane și animale. Plantele, pe de altă parte, au grijă de ele însele: în procesul de fotosinteză, formează amidon în interiorul lor și îl depozitează.

Proprietăți generale ale carbohidraților

Structura grăsimilor, proteinelor și carbohidrațilorîn general asemănătoare. La urma urmei, toate sunt macromolecule. Chiar și unele dintre funcțiile lor sunt de natură comună. Rolul și importanța tuturor carbohidraților în viața biomasei planetei ar trebui rezumate.

1. Compoziția și structura carbohidraților implică utilizarea lor ca material de construcție pentru învelișul celulelor vegetale, membranelor animale și bacteriene, precum și formarea de organele intracelulare.
2. Funcție de protecție. Este caracteristic organismelor vegetale și se manifestă prin formarea de spini, spini și așa mai departe.
3. Rol plastic - formarea de molecule vitale (ADN, ARN, ATP și altele).

Funcția

4. Receptor. Polizaharidele și oligozaharidele sunt participanți activi la transferurile de transport prin membrana celulară, „garzi” care captează efectele.
5. Rolul energetic este cel mai semnificativ. Oferă energie maximă pentru toate procesele intracelulare, precum și pentru activitatea întregului organism în ansamblu.
6. Reglarea presiunii osmotice - glucoza controlează acest lucru.
7. Unele polizaharide devin un nutrient de rezervă, o sursă de energie pentru creaturile animale.

Astfel, este evident că structura grăsimilor, proteinelor și carbohidraților, funcțiile și rolul acestora în organismele sistemelor vii au o importanță decisivă și decisivă. Aceste molecule sunt creatorii vieții, de asemenea, o păstrează și o susțin.

Carbohidrați cu alți compuși macromoleculari

De asemenea, este cunoscut rolul carbohidraților nu în forma lor pură, ci în combinație cu alte molecule. Acestea includ cele mai comuneca:

• glicozaminoglicani sau mucopolizaharide;
• glicoproteine.

Structura și proprietățile carbohidraților de acest tip sunt destul de complexe, deoarece o varietate de grupuri funcționale sunt combinate într-un complex. Rolul principal al moleculelor de acest tip este participarea la multe procese de viață ale organismelor. Reprezentanții sunt: acid hialuronic, sulfat de condroitin, heparan, sulfat de keratan și alții.

Există și complexe de polizaharide cu alte molecule biologic active. De exemplu, glicoproteine sau lipopolizaharide. Existența lor este importantă în formarea reacțiilor imunologice ale organismului, deoarece fac parte din celulele sistemului limfatic.