Hiilihydraattien ominaisuudet ja rakenne. Hiilihydraattien toiminnot

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:25

Ihmiskeholle ja muille eläville olennoille tarvitaan energiaa. Ilman sitä prosesseja ei voi tapahtua. Loppujen lopuksi jokainen biokemiallinen reaktio, jokainen entsymaattinen prosessi tai aineenvaihdunnan vaihe tarvitsee energialähteen.

Siksi elimistölle elinvoimaa antavien aineiden merkitys on erittäin suuri ja tärkeä. Mitä nämä aineet ovat? Hiilihydraatit, proteiinit, rasvat. Jokaisen niistä on erilainen rakenne, ne kuuluvat täysin erilaisiin kemiallisten yhdisteiden luokkiin, mutta yksi niiden tehtävistä on samanlainen - antaa keholle elämälle tarvittavan energian. Harkitse yhtä lueteltujen aineiden ryhmää - hiilihydraatteja.

Hiilihydraattien luokitus

Hiilihydraattien koostumus ja rakenne niiden löytämisestä lähtien määritettiin niiden nimen perusteella. Varhaisten lähteiden mukaan todellakin uskottiin, että tämä on ryhmä yhdisteitä, joiden rakenteessa on hiiliatomeja, jotka liittyvät vesimolekyyleihin.

Perusteellisempi analyysi sekä kertynyt tieto näiden aineiden monimuotoisuudesta mahdollistivat sen, että kaikilla edustajilla ei ole vain tällaista koostumusta. kuitenkintämä ominaisuus on edelleen yksi niistä, jotka määräävät hiilihydraattien rakenteen.

Tämän yhdisteryhmän nykyaikainen luokitus on seuraava:

1. Monosakkaridit (riboosi, fruktoosi, glukoosi jne.).
2. Olgosakkaridit (bioosit, trioosit).
3. Polysakkaridit (tärkkelys, selluloosa).

Lisäksi kaikki hiilihydraatit voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään:

• palautetaan;
• ei korjaava.

Jokaisen ryhmän hiilihydraattimolekyylien rakennetta tarkastellaan tarkemmin.

Monosakkaridit: ominaisuudet

Tämä luokka sisältää kaikki yksinkertaiset hiilihydraatit, jotka sisältävät aldehydi- (aldoosit) tai ketoniryhmän (ketoosit) ja enintään 10 hiiliatomia ketjurakenteessa. Jos tarkastellaan pääketjun atomien määrää, monosakkaridit voidaan jakaa:

• trioosit (glyseraldehydi);
• tetroosit (erytruloosi, erytroosi);
• pentoosit (riboosi ja deoksiriboosi);
• heksoosit (glukoosi, fruktoosi).

Kaikki muut edustajat eivät ole yhtä tärkeitä elimelle kuin luetellut.

Molekyylien rakenteen piirteet

Rakenteensa mukaan monooosit voidaan esittää sekä ketjun että syklisen hiilihydraatin muodossa. Miten tämä tapahtuu? Asia on, että yhdisteen keskushiiliatomi on epäsymmetrinen keskus, jonka ympäri liuoksessa oleva molekyyli pystyy pyörimään. Näin muodostuvat L- ja D-muotoisten monosakkaridien optiset isomeerit. Jossaglukoosikaava, joka on kirjoitettu suoran ketjun muodossa, voidaan henkisesti tarttua aldehydiryhmällä (tai ketonilla) ja rullata palloksi. Vastaava syklinen kaava saadaan.

Monoz-sarjan hiilihydraattien kemiallinen rakenne on melko yksinkertainen: joukko hiiliatomeja muodostaa ketjun tai syklin, joista jokaisesta hydroksyyliryhmät ja vetyatomit sijaitsevat eri tai samalla puolella. Jos kaikki samannimiset rakenteet ovat toisella puolella, muodostuu D-isomeeri, jos ne ovat erilaisia vuorotellen, muodostuu L-isomeeri. Jos kirjoitamme ylös glukoosimonosakkaridien yleisimmän edustajan yleisen kaavan molekyylimuodossa, se näyttää tältä: _{. Lisäksi tämä tietue heijastaa myös fruktoosin rakennetta. Loppujen lopuksi nämä kaksi monooosia ovat kemiallisesti rakenteellisia isomeerejä. Glukoosi on aldehydialkoholi, fruktoosi on ketoalkoholi.}

Monien monosakkaridien hiilihydraattien rakenne ja ominaisuudet liittyvät läheisesti toisiinsa. Itse asiassa, koska rakenteen koostumuksessa on aldehydi- ja ketoniryhmiä, ne kuuluvat aldehydi- ja ketoalkoholeihin, mikä määrää niiden kemiallisen luonteen ja reaktiot, joihin ne voivat päästä.

Siksi glukoosilla on seuraavat kemialliset ominaisuudet:

1. Karbonyyliryhmän läsnäolosta johtuvat reaktiot:

• hapetus - "hopeapeili"-reaktio;
• vastasaostetulla kupari(II)hydroksidilla - aldonihapolla;
• voimakkaat hapettimet pystyvät muodostamaan kaksiemäksisiä happoja (aldaarihappoa), jotka muuntavat aldehydin lisäksi myös yhden hydroksyyliryhmän;
• t alteenotto - muunnetaan moniarvoisiksi alkoholeiksi.

2. Molekyyli sisältää myös hydroksyyliryhmiä, mikä heijastaa rakennetta. Ryhmittelytiedot vaikuttavat hiilihydraattiominaisuuksiin:

• alkyloitumiskyky - eetterien muodostuminen;
• asylointi - estereiden muodostus;
• laadullinen reaktio kupari(II)hydroksidille.

3. Glukoosin erittäin spesifiset ominaisuudet:

• voihappo;
• alkoholi;
• maitohappokäyminen.

Kehossa suoritettavat toiminnot

Monoses-sarjan hiilihydraattien rakenne ja toiminta liittyvät läheisesti toisiinsa. Jälkimmäiset koostuvat ennen kaikkea osallistumisesta elävien organismien biokemiallisiin reaktioihin. Mikä rooli monosakkarideilla on tässä?

1. Oligo- ja polysakkaridien tuotannon perusta.
2. Pentoosit (riboosi ja deoksiriboosi) ovat tärkeimmät molekyylit, jotka osallistuvat ATP:n, RNA:n ja DNA:n muodostukseen. Ja he puolestaan ovat tärkeimmät perinnöllisen materiaalin, energian ja proteiinin toimittajat.
3. Ihmisen veren glukoosipitoisuus on todellinen indikaattori osmoottisesta paineesta ja sen muutoksista.

Oligosakkaridit: rakenne

Tämän ryhmän hiilihydraattien rakenne on pelkistetty siten, että koostumuksessa on kaksi (dioosia) tai kolme (trioosia) monosakkaridimolekyyliä. On myös sellaisia, joissa on 4, 5 tai enemmän rakenteita (jopa 10), mutta yleisimmät ovat disakkaridit. Eli hydrolyysin aikanayhdisteet hajoavat muodostaen glukoosia, fruktoosia, pentoosia ja niin edelleen. Mitkä yhdisteet kuuluvat tähän luokkaan? Tyypillinen esimerkki on sakkaroosi (yleinen ruokosokeri), laktoosi (maidon pääkomponentti), m altoosi, laktuloosi, isom altoosi.

Tämän sarjan hiilihydraattien kemiallisella rakenteella on seuraavat ominaisuudet:

1. Yleinen molekyylilajikaava: C₁₂H₂₂O_11.
2. Kaksi identtistä tai erilaista monoositähdettä disakkaridirakenteessa on liitetty toisiinsa glykosidisillalla. Tämän yhdisteen luonne määrää sokerin pelkistyskyvyn.
3. Disakkaridien vähentäminen. Tämän tyyppisten hiilihydraattien rakenne koostuu glykosidisen sillan muodostumisesta aldehydin hydroksyylin ja erilaisten monomolekyylien hydroksyyliryhmien välille. Näitä ovat: m altoosi, laktoosi ja niin edelleen.
4. Ei-pelkistävä - tyypillinen esimerkki sakkaroosista - kun silta muodostuu vain vastaavien ryhmien hydroksyylien välille ilman aldehydirakenteen osallistumista.

Siten hiilihydraattien rakenne voidaan esittää lyhyesti molekyylikaavana. Jos tarvitaan yksityiskohtainen yksityiskohtainen rakenne, se voidaan kuvata käyttämällä Fisherin graafisia projektioita tai Haworthin kaavoja. Tarkemmin sanottuna kaksi syklistä monomeeriä (monoosia) ovat joko erilaisia tai identtisiä (oligosakkaridista riippuen), yhdistettyinä toisiinsa glykosidisillalla. Rakennettaessa tulee ottaa huomioon palautuskyky, jotta yhteys näkyy oikein.

Esimerkkejä disakkaridimolekyyleistä

Jos tehtävä on muodossa: "Huomaa hiilihydraattien rakenteelliset ominaisuudet", niin disakkarideille on parasta ilmoittaa ensin, mistä monoosijäämistä se koostuu. Yleisimmät tyypit ovat:

• sakkaroosi – rakennettu alfaglukoosista ja beetafruktoosista;
• m altoosi - glukoosijäämistä;
• sellobioosi - koostuu kahdesta D-muodon beetaglukoosijäännöksestä;
• laktoosi - galaktoosi + glukoosi;
• laktuloosi - galaktoosi + fruktoosi ja niin edelleen.

Sitten käytettävissä olevien jäämien mukaan olisi laadittava rakennekaava, jossa on selkeä maininta glykosidisillan tyypistä.

Tärkeyttä eläville organismeille

Disakkaridien rooli on myös erittäin tärkeä, ei vain rakenne ole tärkeä. Hiilihydraattien ja rasvojen toiminnot ovat yleensä samanlaiset. Perustana on energiakomponentti. Joillekin yksittäisille disakkarideille on kuitenkin annettava erityinen merkitys.

1. Sakkaroosi on tärkein glukoosin lähde ihmiskehossa.
2. Laktoosia löytyy nisäkkäiden rintamaidosta, mukaan lukien jopa 8 % naisten maidosta.
3. Laktuloosia saadaan laboratoriossa lääketieteelliseen käyttöön ja sitä lisätään maitotuotteisiin.

Kaikki disakkaridit, trisakkaridit ja niin edelleen ihmiskehossa ja muissa olennoissa käyvät läpi välittömän hydrolyysin muodostaen monooseja. Tämä ominaisuus on syynä siihen, että ihmiset käyttävät tämän luokan hiilihydraatteja raakana, muuttumattomassa muodossaan (juurikas- tai ruokosokeri).

Polysakkaridit: molekyylien ominaisuudet

Tämän sarjan hiilihydraattien toiminnot, koostumus ja rakenne ovat erittäin tärkeitä elävien olentojen organismeille sekä ihmisen taloudelliselle toiminnalle. Ensin sinun pitäisi selvittää, mitkä hiilihydraatit ovat polysakkarideja.

Niitä on paljon:

• tärkkelys;
• glykogeeni;
• murein;
• glukomannaani;
• selluloosa;
• dekstriini;
• galaktomannaani;
• muromin;
• pektiiniaineet;
• amyloosi;
• kitiini.

Tämä ei ole täydellinen luettelo, vaan vain merkittävin eläinten ja kasvien kann alta. Jos suoritat tehtävän "Merkitse useiden polysakkaridien hiilihydraattien rakenteelliset ominaisuudet", sinun tulee ensin kiinnittää huomiota niiden tilarakenteeseen. Nämä ovat erittäin tilavia, jättimäisiä molekyylejä, jotka koostuvat sadoista monomeeriyksiköistä, jotka on ristisilloitettu glykosidisilla kemiallisilla sidoksilla. Usein polysakkaridihiilihydraattimolekyylien rakenne on kerrostettu.

Tällaisilla molekyyleillä on tietty luokitus.

1. Homopolysakkaridit - koostuvat samoista toistuvista monosakkaridien yksiköistä. Monooseista riippuen ne voivat olla heksooseja, pentooseja ja niin edelleen (glukaaneja, mannaaneja, galaktaaneja).
2. Heteropolysakkaridit - muodostuvat erilaisista monomeeriyksiköistä.

Lineaarisen spatiaalisen rakenteen omaavia yhdisteitä tulee sisältää esimerkiksi selluloosa. Useimmilla polysakkarideilla on haarautunut rakenne - tärkkelys, glykogeeni, kitiini ja niin edelleen.

Rooli elävien olentojen kehossa

Tämän hiilihydraattiryhmän rakenne ja toiminnot liittyvät läheisesti kaikkien olentojen elintärkeään toimintaan. Joten esimerkiksi vararavinteen muodossa olevat kasvit keräävät tärkkelystä verson tai juuren eri osiin. Eläinten pääenergianlähde ovat jälleen polysakkaridit, joiden hajoaminen tuottaa melko paljon energiaa.

Hiilihydraateilla on erittäin tärkeä rooli solun rakenteessa. Monien hyönteisten ja äyriäisten peite koostuu kitiinistä, mureiini on bakteerin soluseinän osa, selluloosa on kasvien perusta.

Eläinperäinen vararavinne on glykogeenimolekyylit tai, kuten sitä yleisemmin kutsutaan, eläinrasva. Se varastoituu erillisiin kehon osiin, ja se ei ainoastaan suori energiaa, vaan myös suojaa mekaanisia vaikutuksia vastaan.

Useimmille organismeille hiilihydraattien rakenne on erittäin tärkeä. Jokaisen eläimen ja kasvin biologia on sellainen, että se vaatii jatkuvaa energianlähdettä, ehtymätöntä. Ja vain he voivat antaa tämän, ja ennen kaikkea polysakkaridien muodossa. Joten 1 gramman hiilihydraatin täydellinen hajoaminen aineenvaihduntaprosessien seurauksena johtaa 4,1 kcal:n energian vapautumiseen! Tämä on maksimi, ei enää yhteyksiä. Siksi hiilihydraatteja on oltava jokaisen ihmisen ja eläimen ruokavaliossa. Kasvit sen sijaan huolehtivat itsestään: fotosynteesin aikana ne muodostavat tärkkelystä itseensä ja varastoivat sen.

Hiilihydraattien yleiset ominaisuudet

Rasvojen, proteiinien ja hiilihydraattien rakenneyleensä samanlaisia. Loppujen lopuksi ne ovat kaikki makromolekyylejä. Jopa jotkut niiden tehtävistä ovat luonteeltaan yhteisiä. Kaikkien hiilihydraattien rooli ja merkitys planeetan biomassan elämässä tulisi tehdä yhteenveto.

1. Hiilihydraattien koostumus ja rakenne viittaavat siihen, että niitä käytetään kasvisolujen, eläin- ja bakteerikalvojen kuoren rakennusmateriaalina sekä solunsisäisten organellien muodostumiseen.
2. Suojaustoiminto. Se on tyypillistä kasviorganismeille ja ilmenee piikkien, piikien ja niin edelleen muodostumisena.
3. Muovinen rooli - elintärkeiden molekyylien (DNA, RNA, ATP ja muut) muodostuminen.
4. Reseptoritoiminto. Polysakkaridit ja oligosakkaridit osallistuvat aktiivisesti solukalvon läpi tapahtuviin kuljetuksiin, "suojiin", jotka vangitsevat vaikutukset.
5. Energiarooli on merkittävin. Tarjoaa maksimaalisen energian kaikille solunsisäisille prosesseille sekä koko organismin työhön kokonaisuutena.
6. Osmoottisen paineen säätely – glukoosi säätelee tätä.
7. Joistakin polysakkarideista tulee vararavinteita, eläinlajien energianlähde.

Siten on selvää, että rasvojen, proteiinien ja hiilihydraattien rakenteella, niiden toiminnoilla ja roolilla elävien järjestelmien eliöissä on ratkaiseva ja ratkaiseva merkitys. Nämä molekyylit ovat elämän luojia, ne myös säilyttävät ja tukevat sitä.

Hiilihydraatit muiden makromolekyyliyhdisteiden kanssa

Tunnetaan myös hiilihydraattien rooli ei puhtaassa muodossaan, vaan yhdessä muiden molekyylien kanssa. Näihin kuuluvat yleisimmätkuten:

• glykosaminoglykaanit tai mukopolysakkaridit;
• glykoproteiinit.

Tällaisten hiilihydraattien rakenne ja ominaisuudet ovat melko monimutkaisia, koska monet funktionaaliset ryhmät yhdistyvät kompleksiksi. Tämän tyyppisten molekyylien päärooli on osallistuminen moniin organismien elämänprosesseihin. Edustajia ovat: hyaluronihappo, kondroitiinisulfaatti, heparaani, kerataanisulfaatti ja muut.

On myös polysakkaridien komplekseja muiden biologisesti aktiivisten molekyylien kanssa. Esimerkiksi glykoproteiinit tai lipopolysakkaridit. Niiden olemassaolo on tärkeää kehon immunologisten reaktioiden muodostumisessa, koska ne ovat osa imusolmukkeiden soluja.