Proprietățile și structura carbohidraților. Funcțiile carbohidraților

Pentru corpul uman, precum și pentru restulființe vii, este nevoie de energie. Fără ea, nu sunt posibile procese. La urma urmei, orice reacție biochimică, orice proces enzimatic sau stadiu metabolic necesită o sursă de energie.

Prin urmare, importanța substanțelor care asigurăcorpul puterii la viață, este foarte mare și important. Care sunt aceste substanțe? Carbohidrați, proteine, grăsimi. Structura fiecăruia este diferită, ele aparțin unor clase complet diferite de compuși chimici, dar una dintre funcțiile lor este similară - oferind corpului energia necesară pentru viață. Luați în considerare un grup de aceste substanțe - carbohidrați.

Clasificarea carbohidraților

Structura și structura carbohidraților din momentul descoperirii lorau fost definite de numele lor. La urma urmei, potrivit unor surse timpurii, sa crezut că acesta este un grup de compuși în structura cărora există atomi de carbon asociate cu molecule de apă.

O analiză mai detaliată, precum și o acumulareinformațiile privind diversitatea acestor substanțe au permisiunea de a dovedi că nu toți reprezentanții au doar o astfel de compoziție. Cu toate acestea, acest semn este încă unul dintre cele care determină structura carbohidraților.

Clasificarea modernă a acestui grup de compuși este după cum urmează:

1. Monozaharide (riboză, fructoză, glucoză și așa mai departe).
2. Oligozaharide (biose, trioze).
3. Polizaharide (amidon, celuloză).

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

• restabilirea;
• non-reducătoare.

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

Monozaharide: caracteristice

Această categorie include toate simplecarbohidrații care conțin gruparea aldehidă (aldoză) sau cetonă (ketoză) și nu mai mult de 10 atomi de carbon în structura lanțului. Dacă vă uitați la numărul de atomi din lanțul principal, monozaharidele pot fi împărțite în:

• trioza (glicerol aldehidă);
• tetrozi (eritruloză, eritroză);
• pentoze (riboză și deoxiriboză);
• hexoză (glucoză, fructoză).

Toți ceilalți reprezentanți nu sunt la fel de importanți pentru organismul enumerat.

Caracteristicile structurii moleculelor

Prin structura lor, monosele pot fi reprezentateatât carbohidratul în lanț cât și cel ciclic. Cum merge asta? Faptul este că atomul central de carbon din compus este un centru asimetric în jurul căruia o moleculă dintr-o soluție este capabilă să se rotească. Astfel se formează izomerii optici ai monozaharidelor din forma L- și D-. În acest caz, formula de glucoză, înregistrată sub forma unei lanțuri drepte, poate fi cuprinsă mental prin gruparea aldehidică (sau cetonă) și laminată într-o minge. Formula ciclică corespunzătoare este obținută.

Structura chimică a carbohidraților unui număr de monosesuficient de simplu: un număr de atomi de carbon care formează un lanț sau un ciclu, din fiecare dintre aceștia fiind situați grupări hidroxil și atomi de hidrogen pe diferite sau pe o parte. Dacă toate structurile cu același nume sunt pe aceeași parte, atunci se formează izomerul D, dacă structurile sunt diferite unul cu celălalt alternând, apoi izomerul L. Dacă notăm formula generală a celui mai comun reprezentant al monozaharidelor de glucoză în formă moleculară, atunci acesta va arăta astfel: С₆H₁₂oh₆. Și această înregistrare reflectă structura și fructoza. Până la urmă, aceste două monose sunt izomeri structural structurali din punct de vedere chimic. Glicoză - alcool aldehidic, fructoză - cetoalcool.

Structura și proprietățile carbohidraților unui număr de monozaharidestrâns interconectate. Într-adevăr, din cauza prezenței grupărilor aldehidă și cetone în structură, ele aparțin alcoolilor aldehidici și cetonei, ceea ce determină natura lor chimică și reacțiile la care sunt capabili să intre.

Astfel, glucoza prezintă următoarele proprietăți chimice:

1. Reacții datorate prezenței unei grupări carbonil:

• oxidarea - reacția "oglinzii de argint";
• cu hidroxid de cupru (II) precipitat proaspăt - acid aldonic;
• oxidanți puternici sunt capabili să formeze acizi dibazici (aldari), transformând nu numai aldehida, ci și o grupare hidroxil;
• recuperare - transformată în alcooli polihidrici.

2. Grupările hidroxil sunt prezente în moleculă, ceea ce reflectă structura. Proprietățile carbohidraților, care sunt afectate de aceste grupuri:

• capacitatea de alchilare - formarea de eteri;
• acilarea - formarea de esteri;
• reacție calitativă la hidroxidul de cupru (II).

3. Proprietăți de glucoză foarte specifice:

• butiric;
• alcool;
• fermentație lactică.

Funcționează în organism

Structura și funcția carbohidraților unui număr de monose sunt strâns legate. Acestea din urmă constau în principal în participarea la reacțiile biochimice ale organismelor vii. Ce rol joacă monozaharidele în acest caz?

1. Baza pentru producerea de oligo - și polizaharide.
2. Pentoze (riboză și deoxiriboză) - cele mai importante molecule implicate în formarea ATP, ARN, ADN. Și ei, la rândul lor, sunt principalii furnizori de materiale, energie și proteine ​​ereditare.
3. Concentrația de glucoză din sângele uman este un indicator sigur al presiunii osmotice și al modificărilor sale.

Oligozaharide: structura

Structura carbohidraților din acest grup este redusă laprezența a două molecule de monozaharide (dioză) sau trei (trioză) în compoziție. Există, de asemenea, cele cu 4, 5 și mai multe structuri (până la 10), dar dizaharidele sunt cele mai frecvente. Adică, în timpul hidrolizei, astfel de compuși se descompun pentru a forma glucoză, fructoză, pentoză și așa mai departe. Ce compuși se încadrează în această categorie? Un exemplu tipic este zaharoza (zahăr obișnuit de trestie), lactoza (componenta principală a laptelui), maltoza, lactuloza, izomaltoza.

Structura chimică a carbohidraților din această serie are următoarele caracteristici:

1. Formula generală de tip molecular:₁₂H₂₂oh_11.
2. Două reziduuri mono identice sau diferite înstructura dizaharidică este interconectată printr-o punte glicozidică. Capacitatea de reducere a zahărului depinde de natura acestui compus.
3. Reducerea dizaharidelor. Structura de carbohidrați de acest tip constă în formarea unei punți glicozidice între hidroxilul aldehidei și gruparea hidroxil a diferitelor molecule de monoză. Acestea includ: maltoză, lactoză și așa mai departe.
4. Non-reducere - un exemplu tipic de zaharoză - atunci când o punte se formează între hidroxilurile numai grupurilor relevante, fără participarea structurii aldehidice.

Astfel, structura carbohidraților poate fi scurtăprezent ca o formulă moleculară. Dacă este necesară o structură detaliată detaliată, atunci ea poate fi descrisă folosind proiecțiile grafice Fisher sau formulele Heurs. În mod specific, doi monomeri ciclici (monozi) sunt fie diferiți, fie aceiași (în funcție de oligozaharidă), interconectați printr-o punte de glicozidă. Când construiți, trebuie să luați în considerare capacitatea de restaurare pentru a afișa corect conexiunea.

Exemple de molecule dizaharidice

Dacă sarcina are forma: "Verificați caracteristicile structurale ale carbohidraților", atunci este mai bine ca dizaharidele să indice mai întâi ce reziduuri se monosește. Cele mai frecvente tipuri sunt:

• zaharoză - construită din alfa-glucoză și beta-fructoză;
• maltoza - din resturile de glucoză;
• celobioză - constă din două reziduuri de D-form beta-glucoză;
• lactoză - galactoză + glucoză;
• lactoză - galactoză + fructoză și așa mai departe.

Apoi, în funcție de reziduurile disponibile, o formulă structurală trebuie compusă cu o prescripție clară a tipului de pod glicozid.

Valoarea pentru organismele vii

Rolul dizaharidelor este foarte mare, este important nu numaistructură. Funcțiile carbohidraților și grăsimilor sunt, în general, similare. Baza este componenta energetică. Cu toate acestea, pentru anumite dizaharide individuale, importanța lor deosebită ar trebui indicată.

1. Zaharoza este principala sursă de glucoză în corpul uman.
2. Lactoza este conținută în laptele matern al mamiferelor, inclusiv la femela până la 8%.
3. Lactuloza este obținută în laborator pentru uz medical și este adăugată și în producția de produse lactate.

Orice dizaharidă, trisaccharidă și așa mai departecorpul uman și alte creaturi suferă o hidroliză instantanee pentru a forma monose. Această caracteristică stă la baza utilizării acestei categorii de carbohidrați de către oameni în formă brută, neschimbată (zahăr din sfeclă sau de trestie).

Polizaharide: caracteristici moleculare

Funcțiile, compoziția și structura carbohidraților din această seriesunt de o mare importanță pentru organismele de ființe vii, precum și pentru activitățile umane. În primul rând, trebuie să vă dați seama ce fel de carbohidrați sunt polizaharidele.

Există o mulțime de ele:

• amidon;
• glicogen;
• murein;
• glucomanan;
• celuloză;
• dextrina;
• galactomanan;
• muromin;
• substanțe pectice;
• amiloză;
• chitină.

Aceasta nu este o listă completă, ci doar cea mai importantă pentruanimale și plante. Dacă efectuați sarcina "Marcați caracteristicile structurale ale carbohidraților unui număr de polizaharide", mai întâi trebuie să acordați atenție structurii lor spațiale. Acestea sunt molecule foarte voluminoase, gigantice, formate din sute de unități monomere, legate între ele prin legături chimice glicozidice. Deseori, structura moleculelor de carbohidrați din polizaharide este o compoziție stratificată.

Există o anumită clasificare a acestor molecule.

1. Homopolizaharidele - constau în unități repetate repetitive identice de monozaharide. În funcție de monose, pot fi hexoze, pentoze și așa mai departe (glucani, manani, galactani).
2. Heteropolozaharidele se formează prin diferite unități monomerice.

Compușii cu o structură spațială liniară ar trebui să includă, de exemplu, celuloza. Structura ramificată are cele mai multe polizaharide - amidon, glicogen, chitină și așa mai departe.

Rolul în corpul ființelor vii

Structura și funcția carbohidraților acestui grup este strânsasociate cu viața tuturor creaturilor. De exemplu, plantele sub formă de substanțe nutritive de depozitare se acumulează în diferite părți ale stropii sau amidonului rădăcină. Principala sursă de energie pentru animale - din nou, polizaharide, a căror divizare produce multă energie.

Carbohidrații din structura celulei joacă un rol foarte important. Chitina constă în acoperirea multor insecte și crustacee, mureina este o componentă a peretelui celular bacterian, iar celuloza este baza plantelor.

Rezervă nutrienți animalede origine sunt molecule de glicogen sau, așa cum se numește adesea, grăsimi animale. Este depozitat în părți separate ale corpului și efectuează nu numai energie, ci și o funcție de protecție împotriva influențelor mecanice.

Important pentru majoritatea organismelor.carbohidrați. Biologia fiecărui animal și a plantei este de așa natură încât necesită o sursă permanentă de energie, inepuizabilă. Și numai ei o pot da, și mai ales sub formă de polizaharide. Astfel, descompunerea completă a 1 g de carbohidrați ca urmare a proceselor metabolice conduce la eliberarea a 4,1 kcal de energie! Acesta este maximumul, nu mai oferă nicio conexiune. De aceea, carbohidrații trebuie să fie prezenți în dieta oricărei persoane și animale. Plantele se ocupă de ele însele: în procesul de fotosinteză, ele formează amidon în sine și o păstrează.

Proprietăți generale ale carbohidraților

Structura de grăsimi, proteine ​​și carbohidrați, în general, este similară. La urma urmei, toate sunt macromolecule. Chiar și unele dintre funcțiile lor au o natură comună. Ar trebui să rezume rolul și importanța tuturor carbohidraților în viața biomasei planetei.

1. Compoziția și structura carbohidraților implicăutilizarea lor ca material de construcție pentru carapacea celulelor vegetale, a membranelor animale și a bacteriilor, precum și formarea organelurilor intracelulare.
2. Funcție de protecție. Este caracteristică organismelor vegetale și se manifestă în formarea de spini, spini și așa mai departe.
3. Rolul plastic - formarea moleculelor vitale (ADN, ARN, ATP și altele).
4. Funcția receptorului. Polizaharidele și oligozaharidele sunt participanți activi în transporturile de transport prin membrana celulară, "gardieni", efecte de capturare.
5. Rolul energetic este cel mai semnificativ. Oferă energie maximă pentru toate procesele intracelulare, precum și pentru activitatea întregului organism.
6. Reglarea presiunii osmotice - glucoză exercită un astfel de control.
7. Unele polizaharide devin nutrienți de rezervă, o sursă de energie pentru creaturile animale.

Astfel, este evident că structura grăsimilor,proteinele și carbohidrații, funcția și rolul lor în organismele sistemelor vii sunt cruciale și decisive. Aceste molecule sunt creatorii vieții, o păstrează și o susțin.

Carbohidrații cu alți compuși cu înaltă moleculară

De asemenea, este cunoscut rolul carbohidraților, nu în formă pură, ci în combinație cu alte molecule. Acestea includ cele mai des întâlnite:

• glicozaminoglicani sau mucopolizaharide;
• glicoproteine.

Structura și proprietățile carbohidraților de acest tipdestul de complicat, deoarece complexul combină o varietate de grupuri funcționale. Principalul rol al moleculelor de acest tip este participarea la multe procese de viață ale organismelor. Reprezentanții sunt: ​​acid hialuronic, sulfat de condroitină, heparan, sulfat de keratan și altele.

Există, de asemenea, complexe de polizaharide cualte molecule biologic active. De exemplu, glicoproteine ​​sau lipopolizaharide. Existența lor este importantă în formarea reacțiilor imunologice ale corpului, deoarece acestea fac parte din celulele sistemului limfatic.