A szénhidrátok tulajdonságai és szerkezete. A szénhidrátok funkciói

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

Az emberi testnek és más élőlényeknek is energiára van szükségük. Enélkül semmilyen folyamat nem mehet végbe. Hiszen minden biokémiai reakcióhoz, minden enzimes folyamathoz vagy az anyagcsere szakaszához energiaforrásra van szükség.

Ezért nagyon nagy és fontos azoknak az anyagoknak a jelentősége, amelyek a szervezet életéhez szükséges erőt biztosítják. Mik ezek az anyagok? Szénhidrátok, fehérjék, zsírok. Mindegyikük felépítése eltérő, a kémiai vegyületek teljesen más osztályába tartoznak, de az egyik funkciójuk hasonló - a szervezetet az élethez szükséges energiával látják el. Tekintsük a felsorolt anyagok egyik csoportját – a szénhidrátokat.

A szénhidrátok osztályozása

A szénhidrátok összetételét és szerkezetét felfedezésük óta a nevük határozta meg. Valójában a korai források szerint azt hitték, hogy ez olyan vegyületcsoport, amelynek szerkezetében szénatomok kapcsolódnak a vízmolekulákhoz.

Egy alaposabb elemzés, valamint ezen anyagok sokféleségéről felhalmozott információk lehetővé tették annak bizonyítását, hogy nem minden képviselő rendelkezik csak ilyen összetétellel. azonbanez a tulajdonság még mindig azok közé tartozik, amelyek meghatározzák a szénhidrátok szerkezetét.

E vegyületcsoport modern besorolása a következő:

1. Monoszacharidok (ribóz, fruktóz, glükóz stb.).
2. Oligoszacharidok (biózisok, triózok).
3. Poliszacharidok (keményítő, cellulóz).

Ezenkívül minden szénhidrát a következő két nagy csoportra osztható:

• visszaállítás;
• nem helyreállító.

Az egyes csoportok szénhidrátmolekuláinak szerkezetét részletesebben megvizsgáljuk.

Monoszacharidok: jellemzők

Ebbe a kategóriába tartozik minden olyan egyszerű szénhidrát, amely aldehid (aldóz) vagy keton (ketóz) csoportot tartalmaz, és a láncszerkezetben legfeljebb 10 szénatomot tartalmaz. Ha megnézzük a főlánc atomjainak számát, akkor a monoszacharidok a következőkre oszthatók:

• triózok (gliceraldehid);
• tetrózis (eritrulóz, eritróz);
• pentózok (ribóz és dezoxiribóz);
• hexózok (glükóz, fruktóz).

Az összes többi képviselő nem olyan fontos a testület számára, mint a felsoroltak.

A molekulák szerkezetének jellemzői

Szerkezetük szerint a monozisok lánc és ciklikus szénhidrát formájában is megjelenhetnek. Hogyan történik ez? A helyzet az, hogy a vegyület központi szénatomja egy aszimmetrikus központ, amely körül az oldatban lévő molekula képes forogni. Így keletkeznek az L- és D-formájú monoszacharidok optikai izomerjei. Aholaz egyenes láncra írt glükóz képletet az aldehidcsoport (vagy keton) mentálisan megragadhatja és labdává gurítja. A megfelelő ciklikus képletet kapjuk meg.

A monoz sorozat szénhidrátjainak kémiai szerkezete meglehetősen egyszerű: számos szénatom alkot láncot vagy ciklust, amelyek mindegyikéből a hidroxilcsoportok és a hidrogénatomok különböző vagy ugyanazon az oldalon helyezkednek el. Ha minden azonos nevű szerkezet az egyik oldalon van, akkor D-izomer képződik, ha váltakozva különböznek, akkor L-izomer képződik. Ha felírjuk a glükóz-monoszacharidok leggyakoribb képviselőjének általános képletét molekuláris formában, akkor ez így fog kinézni: _{. Ráadásul ez a rekord a fruktóz szerkezetét is tükrözi. Végül is kémiailag ez a két monosz szerkezeti izomer. A glükóz egy aldehid-alkohol, a fruktóz pedig egy ketoalkohol.}

Számos monoszacharid szénhidrátjának szerkezete és tulajdonságai szorosan összefüggenek egymással. Valójában a szerkezet összetételében található aldehid- és ketoncsoportok miatt az aldehid- és keto-alkoholokhoz tartoznak, ami meghatározza kémiai természetüket és azokat a reakciókat, amelyekbe be tudnak lépni.

Így a glükóz a következő kémiai tulajdonságokkal rendelkezik:

1. Karbonilcsoport jelenléte miatti reakciók:

• oxidáció - "ezüsttükör" reakció;
• frissen kicsapott réz(II)-hidroxiddal - aldonsavval;
• erős oxidálószerek képesek kétbázisú savakat (aldársav) képezni, így nemcsak az aldehidet, hanem egy hidroxilcsoportot is átalakítanak;
• visszanyerés – többértékű alkoholokká alakítva.

2. A molekula hidroxilcsoportokat is tartalmaz, ami tükrözi a szerkezetet. A csoportosítási adatok által érintett szénhidrát-tulajdonságok:

• alkilezési képesség - éterek képződése;
• acilezés - észterek képzése;
• réz(II)-hidroxid minőségi reakciója.

3. A glükóz rendkívül specifikus tulajdonságai:

• vajsav;
• alkohol;
• tejsavas erjesztés.

A testben végrehajtott funkciók

A monoses sorozat szénhidrátjainak szerkezete és funkciója szorosan összefügg. Ez utóbbiak elsősorban az élő szervezetek biokémiai reakcióiban való részvételből állnak. Milyen szerepet játszanak ebben a monoszacharidok?

1. Oligo- és poliszacharidok előállításának alapja.
2. A pentózok (ribóz és dezoxiribóz) a legfontosabb molekulák, amelyek részt vesznek az ATP, RNS és DNS képződésében. És viszont ők az örökítőanyag, az energia és a fehérje fő szállítói.
3. A glükóz koncentrációja az emberi vérben az ozmotikus nyomás és annak változásainak valódi mutatója.

Oligoszacharidok: szerkezet

Ebbe a csoportba tartozó szénhidrátok szerkezete két (dióz) vagy három (trióz) monoszacharidmolekula jelenlétére redukálódik a készítményben. Vannak olyanok is, amelyek 4, 5 vagy több (legfeljebb 10) szerkezetet tartalmaznak, de a leggyakoribbak a diszacharidok. Vagyis a hidrolízis sorána vegyületek lebomlanak glükózra, fruktózra, pentózra stb. Milyen vegyületek tartoznak ebbe a kategóriába? Tipikus példa erre a szacharóz (közönséges nádcukor), a laktóz (a tej fő összetevője), a m altóz, a laktulóz, az izom altóz.

A sorozat szénhidrátjainak kémiai szerkezete a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

1. Általános molekuláris fajképlet: C₁₂H₂₂O_11.
2. A diszacharid szerkezetben lévő két azonos vagy különböző monoózmaradékot glikozidhíd segítségével kapcsolják össze. Ennek a vegyületnek a természete határozza meg a cukor redukáló képességét.
3. Disacharidok csökkentése. Az ilyen típusú szénhidrátok szerkezete abban áll, hogy glikozidos híd képződik az aldehid hidroxilcsoportja és a különböző monos molekulák hidroxilcsoportjai között. Ide tartoznak a következők: m altóz, laktóz és így tovább.
4. Nem redukáló - a szacharóz tipikus példája - amikor csak a megfelelő csoportok hidroxilcsoportjai között képződik híd, az aldehid szerkezet részvétele nélkül.

Így a szénhidrátok szerkezete röviden molekuláris képletként ábrázolható. Ha részletes, részletes szerkezetre van szükség, akkor azt Fisher grafikus vetületeivel vagy Haworth képleteivel lehet ábrázolni. Pontosabban, két ciklusos monomer (monóz) vagy különböző vagy azonos (az oligoszacharidtól függően), amelyeket glikozidos híd köt össze. Építéskor figyelembe kell venni a visszaállítási képességet a kapcsolat helyes megjelenítéséhez.

Példák diszacharid molekulákra

Ha a feladat a következő formában van: "Jegyezze meg a szénhidrátok szerkezeti jellemzőit", akkor a diszacharidok esetében célszerű először feltüntetni, hogy milyen monoóz-maradékokból áll. A leggyakoribb típusok:

• szacharóz – alfa-glükózból és béta-fruktózból épül fel;
• m altóz - glükózmaradékból;
• cellobióz – két D-forma béta-glükóz maradékból áll;
• laktóz - galaktóz + glükóz;
• laktulóz - galaktóz + fruktóz és így tovább.

Ezután a rendelkezésre álló szermaradványok alapján szerkezeti képletet kell készíteni a glikozidhíd típusának egyértelmű megjelölésével.

Fontos az élő szervezetek számára

A diszacharidok szerepe is nagyon fontos, nem csak a szerkezet a fontos. A szénhidrátok és zsírok funkciója általában hasonló. Az alap az energiakomponens. Néhány diszacharid esetében azonban meg kell adni a konkrét jelentésüket.

1. A szacharóz a fő glükózforrás az emberi szervezetben.
2. A laktóz az emlősök anyatejében található, ebből akár 8%-a a nők tejében.
3. A laktulózt laboratóriumban állítják elő orvosi felhasználásra, és tejtermékekhez adják.

Az emberi testben és más élőlényekben minden diszacharid, triszacharid és így tovább azonnali hidrolízisen megy keresztül, és monoózisok keletkeznek. Ez a tulajdonság az, amely a szénhidrátok ezen osztályának az emberek általi nyers, változatlan formában történő felhasználásának alapját képezi (répa- vagy nádcukor).

Poliszacharidok: a molekulák jellemzői

A sorozat szénhidrátjainak funkciói, összetétele és szerkezete nagy jelentőséggel bír az élőlények szervezetei, valamint az emberi gazdasági tevékenység szempontjából. Először is ki kell derítenie, hogy mely szénhidrátok a poliszacharidok.

Sok van belőlük:

• keményítő;
• glikogén;
• murein;
• glukomannán;
• cellulóz;
• dextrin;
• galaktomannán;
• muromin;
• pektin anyagok;
• amilóz;
• kitin.

Ez nem egy teljes lista, hanem csak a legjelentősebb az állatok és növények szempontjából. Ha elvégzi a „Jelölje meg számos poliszacharid szénhidrátjának szerkezeti jellemzőit” feladatot, akkor mindenekelőtt térbeli szerkezetére kell figyelnie. Ezek nagyon terjedelmes, gigantikus molekulák, amelyek több száz monomer egységből állnak, amelyeket glikozidos kémiai kötések kötnek össze. A poliszacharid szénhidrát molekulák szerkezete gyakran réteges összetételű.

Az ilyen molekuláknak van egy bizonyos osztályozása.

1. Homopoliszacharidok – ugyanazon, ismétlődő monoszacharid egységekből állnak. A monoózisoktól függően lehetnek hexózok, pentózok és így tovább (glükánok, mannánok, galaktánok).
2. Heteropoliszacharidok – különböző monomer egységek alkotják.

A lineáris térszerkezetű vegyületeknek tartalmazniuk kell például a cellulózt. A legtöbb poliszacharid elágazó szerkezetű – keményítő, glikogén, kitin és így tovább.

Szerep az élőlények testében

A szénhidrátcsoport felépítése és funkciói szorosan összefüggenek minden élőlény létfontosságú tevékenységével. Így például a tartalék tápanyag formájában lévő növények keményítőt halmoznak fel a hajtás vagy a gyökér különböző részein. Az állatok fő energiaforrása ismét a poliszacharidok, amelyek lebontása elég sok energiát termel.

A szénhidrátok nagyon jelentős szerepet játszanak a sejt felépítésében. Számos rovar és rákfélék borítása kitinből áll, a murein a baktériumsejtfal egyik alkotóeleme, a cellulóz a növények alapja.

Az állati eredetű tartalék tápanyag a glikogénmolekulák, vagy ahogyan szokás nevezni, az állati zsír. A test különálló részein raktározódik, és nemcsak energia, hanem mechanikai hatásokkal szembeni védelmi funkciót is ellát.

A legtöbb szervezet számára a szénhidrátok szerkezete nagy jelentőséggel bír. Minden állat és növény biológiája olyan, hogy állandó, kimeríthetetlen energiaforrást igényel. És ezt csak ők adhatják, és leginkább poliszacharidok formájában. Tehát 1 g szénhidrát teljes lebomlása az anyagcsere folyamatok következtében 4,1 kcal energia felszabadulásához vezet! Ez a maximum, nincs több kapcsolat. Ezért minden ember és állat étrendjében jelen kell lennie a szénhidrátoknak. A növények ezzel szemben gondoskodnak önmagukról: a fotoszintézis során keményítőt képeznek magukban és tárolják azt.

A szénhidrátok általános tulajdonságai

A zsírok, fehérjék és szénhidrátok szerkezeteáltalában hasonló. Végül is ezek mind makromolekulák. Még egyes funkcióik is közös jellegűek. Össze kell foglalni az összes szénhidrát szerepét és fontosságát a bolygó biomasszájának életében.

1. A szénhidrátok összetétele és szerkezete azt jelenti, hogy építőanyagként használják őket növényi sejtek, állati és bakteriális membránok burkolásához, valamint intracelluláris organellumok képzéséhez.
2. Védő funkció. A növényi szervezetekre jellemző, és tüskék, tüskék stb. képződésében nyilvánul meg.
3. Plasztikus szerep – létfontosságú molekulák (DNS, RNS, ATP és mások) képződése.
4. Receptor funkció. A poliszacharidok és oligoszacharidok aktív résztvevői a sejtmembránon keresztül történő transzportnak, „őrzők”, amelyek rögzítik a hatásokat.
5. Az energetikai szerep a legjelentősebb. Maximális energiát biztosít minden intracelluláris folyamathoz, valamint az egész szervezet egészének munkájához.
6. Az ozmotikus nyomás szabályozása – a glükóz szabályozza ezt.
7. Egyes poliszacharidok tartalék tápanyaggá, energiaforrássá válnak az állati lények számára.

Így nyilvánvaló, hogy a zsírok, fehérjék és szénhidrátok felépítése, funkcióik, szerepük az élő rendszerek szervezeteiben meghatározó és meghatározó jelentőségű. Ezek a molekulák az élet alkotói, megőrzik és támogatják is.

Szénhidrátok más makromolekuláris vegyületekkel

Az is ismert, hogy a szénhidrátok nem tiszta formában, hanem más molekulákkal kombinálva játszanak szerepet. Ezek közé tartoznak a leggyakoribbakmint:

• glikozaminoglikánok vagy mukopoliszacharidok;
• glikoproteinek.

Az ilyen típusú szénhidrátok szerkezete és tulajdonságai meglehetősen összetettek, mivel számos funkciós csoport komplexet alkot. Az ilyen típusú molekulák fő szerepe az élőlények számos életfolyamatában való részvétel. Képviselői: hialuronsav, kondroitin-szulfát, heparán, keratán-szulfát és mások.

Léteznek poliszacharidok komplexei más biológiailag aktív molekulákkal is. Például glikoproteinek vagy lipopoliszacharidok. Meglétük fontos a szervezet immunológiai reakcióinak kialakulásában, hiszen a nyirokrendszer sejtjeinek részét képezik.