Angliavandenių savybės ir struktūra. Angliavandenių funkcijos

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Žmogaus organizmui, kaip ir kitoms gyvoms būtybėms, reikalinga energija. Be jo negali vykti jokie procesai. Juk kiekvienai biocheminei reakcijai, kiekvienam fermentiniam procesui ar medžiagų apykaitos etapui reikia energijos š altinio.

Todėl medžiagų, suteikiančių organizmui jėgų gyvenimui, svarba yra labai didelė ir svarbi. Kas yra šios medžiagos? Angliavandeniai, b altymai, riebalai. Kiekvieno iš jų sandara skirtinga, priklauso visiškai skirtingoms cheminių junginių klasėms, tačiau viena jų funkcija panaši – aprūpinti organizmą gyvybei reikalinga energija. Apsvarstykite vieną iš išvardytų medžiagų grupę – angliavandenius.

Angliavandenių klasifikacija

Angliavandenių sudėtis ir struktūra nuo jų atradimo buvo nulemta jų pavadinimo. Iš tiesų, remiantis ankstyvaisiais š altiniais, buvo manoma, kad tai yra junginių grupė, kurios struktūroje yra anglies atomų, susijusių su vandens molekulėmis.

Išsamesnė analizė, taip pat sukaupta informacija apie šių medžiagų įvairovę leido įrodyti, kad ne visi atstovai turi tik tokią sudėtį. Tačiauši savybė vis dar yra viena iš tų, kurios lemia angliavandenių struktūrą.

Šiuolaikinė šios junginių grupės klasifikacija yra tokia:

1. Monosacharidai (ribozė, fruktozė, gliukozė ir kt.).
2. Oligosacharidai (biozės, triozės).
3. Polisacharidai (krakmolas, celiuliozė).

Be to, visus angliavandenius galima suskirstyti į šias dvi dideles grupes:

• atkuriamas;
• neatkuriamoji.

Bus išsamiau aptarta kiekvienos grupės angliavandenių molekulių struktūra.

Monosacharidai: savybės

Šiai kategorijai priklauso visi paprastieji angliavandeniai, kurių grandinėje yra aldehidų (aldozių) arba ketonų (ketozių) grupė ir ne daugiau kaip 10 anglies atomų. Jei pažvelgsite į atomų skaičių pagrindinėje grandinėje, tada monosacharidus galima suskirstyti į:

• triozės (gliceraldehidas);
• tetrozės (eritrulozė, eritrozė);
• pentozė (ribozė ir dezoksiribozė);
• heksozės (gliukozė, fruktozė).

Visi kiti atstovai nėra tokie svarbūs organui, kaip išvardyti.

Molekulių struktūros ypatumai

Pagal savo struktūrą monozės gali būti pateikiamos tiek grandinės, tiek ciklinių angliavandenių pavidalu. Kaip tai atsitinka? Reikalas tas, kad centrinis junginio anglies atomas yra asimetrinis centras, aplink kurį tirpale esanti molekulė gali suktis. Taip susidaro L ir D formos monosacharidų optiniai izomerai. Kuriamegliukozės formulę, parašytą tiesios grandinės forma, gali mintyse suvokti aldehido grupė (arba ketonas) ir susukti į rutulį. Bus gauta atitinkama ciklinė formulė.

Monoz serijos angliavandenių cheminė struktūra yra gana paprasta: anglies atomų skaičius sudaro grandinę arba ciklą, kurių kiekvienoje hidroksilo grupės ir vandenilio atomai yra skirtingose arba toje pačioje pusėje. Jei visos to paties pavadinimo struktūros yra vienoje pusėje, tada susidaro D-izomeras, jei jos skiriasi viena kitai kaitaliojant, susidaro L-izomeras. Jei užrašysime bendrą molekulinės formos gliukozės monosacharidų atstovo formulę, ji atrodys taip: _{. Be to, šis įrašas atspindi ir fruktozės struktūrą. Juk chemiškai šios dvi monozės yra struktūriniai izomerai. Gliukozė yra aldehido alkoholis, o fruktozė yra keto alkoholis.}

Kelių monosacharidų angliavandenių struktūra ir savybės yra glaudžiai tarpusavyje susijusios. Iš tiesų, dėl to, kad struktūros sudėtyje yra aldehidų ir ketonų grupių, jie priklauso aldehido ir keto alkoholiams, o tai lemia jų cheminę prigimtį ir reakcijas, kurių metu jie gali patekti.

Taigi, gliukozė pasižymi šiomis cheminėmis savybėmis:

1. Reakcijos dėl karbonilo grupės buvimo:

• oksidacija – „sidabrinio veidrodžio“reakcija;
• su šviežiai nusodintu vario (II) hidroksidu - aldono rūgštimi;
• stiprios oksiduojančios medžiagos gali sudaryti dvibazes rūgštis (aldaras), paversdamos ne tik aldehidą, bet ir vieną hidroksilo grupę;
• atkūrimas – paverčiamas daugiahidrodziais alkoholiais.

2. Molekulėje taip pat yra hidroksilo grupių, kurios atspindi struktūrą. Angliavandenių savybės, paveiktos grupavimo duomenų:

• gebėjimas alkilinti - eterių susidarymas;
• acilinimas – esterių susidarymas;
• kokybinė vario (II) hidroksido reakcija.

3. Labai specifinės gliukozės savybės:

• sviestinis;
• alkoholis;
• pieno rūgšties fermentacija.

Kūno funkcijos

Monozės serijos angliavandenių struktūra ir funkcija yra glaudžiai susijusios. Pastarosios visų pirma susideda iš dalyvavimo gyvų organizmų biocheminėse reakcijose. Kokį vaidmenį čia atlieka monosacharidai?

1. Oligo- ir polisacharidų gamybos pagrindas.
2. Pentozės (ribozė ir dezoksiribozė) yra svarbiausios molekulės, dalyvaujančios ATP, RNR, DNR formavime. Ir jie, savo ruožtu, yra pagrindiniai paveldimų medžiagų, energijos ir b altymų tiekėjai.
3. Gliukozės koncentracija žmogaus kraujyje yra tikras osmosinio slėgio ir jo pokyčių rodiklis.

Oligosacharidai: struktūra

Šios grupės angliavandenių struktūra sumažinta iki dviejų (diozių) arba trijų (triozių) monosacharidų molekulių kompozicijoje. Taip pat yra tokių, kuriose yra 4, 5 ar daugiau struktūrų (iki 10), tačiau dažniausiai yra disacharidai. Tai yra, hidrolizės metujunginiai skyla ir susidaro gliukozė, fruktozė, pentozė ir kt. Kokie junginiai patenka į šią kategoriją? Tipiškas pavyzdys yra sacharozė (paprastasis cukranendrių cukrus), laktozė (pagrindinė pieno sudedamoji dalis), m altozė, laktulozė, izom altozė.

Šios serijos angliavandenių cheminė struktūra pasižymi šiomis savybėmis:

1. Bendroji molekulinių rūšių formulė: C₁₂H₂₂O_11.
2. Dvi identiškos arba skirtingos monozės liekanos disacharido struktūroje yra sujungtos viena su kita glikozidiniu tilteliu. Šio junginio pobūdis nulems cukraus redukcinį gebėjimą.
3. Disacharidų mažinimas. Šio tipo angliavandenių struktūra susideda iš glikozidinio tilto susidarymo tarp aldehido hidroksilo ir skirtingų monomolekulių hidroksilo grupių. Tai apima: m altozę, laktozę ir pan.
4. Neredukuojantis – tipiškas sacharozės pavyzdys – kai tiltelis susidaro tik tarp atitinkamų grupių hidroksilų, nedalyvaujant aldehidinei struktūrai.

Taigi angliavandenių struktūrą galima trumpai pavaizduoti kaip molekulinę formulę. Jei reikia išsamios detalios struktūros, ją galima pavaizduoti naudojant Fišerio grafines projekcijas arba Hawortho formules. Tiksliau, du cikliniai monomerai (monozės) yra skirtingi arba identiški (priklausomai nuo oligosacharido), sujungti glikozidiniu tilteliu. Kuriant reikia atsižvelgti į atkūrimo galimybę, kad ryšys būtų rodomas teisingai.

Disacharidų molekulių pavyzdžiai

Jei užduotis yra tokia: „Atkreipkite dėmesį į angliavandenių struktūrines ypatybes“, tai disacharidams geriausia pirmiausia nurodyti, iš kokių monozės likučių ji susideda. Dažniausiai naudojami šie tipai:

• sacharozė – sudaryta iš alfa-gliukozės ir beta-fruktozės;
• m altozė – iš gliukozės likučių;
• celobiozė – susideda iš dviejų D formos beta-gliukozės liekanų;
• laktozė - galaktozė + gliukozė;
• laktulozė – galaktozė + fruktozė ir t.t.

Tada, atsižvelgiant į turimus likučius, turėtų būti sudaryta struktūrinė formulė, aiškiai nurodant glikozidinio tiltelio tipą.

Svarba gyviems organizmams

Disacharidų vaidmuo taip pat labai svarbus, svarbu ne tik struktūra. Angliavandenių ir riebalų funkcijos paprastai yra panašios. Pagrindas yra energijos komponentas. Tačiau kai kuriems atskiriems disacharidams reikėtų nurodyti konkrečią jų reikšmę.

1. Sacharozė yra pagrindinis gliukozės š altinis žmogaus organizme.
2. Laktozė randama žinduolių piene, įskaitant iki 8 % moterų piene.
3. Laktuliozė gaunama laboratorijoje medicinos reikmėms ir dedama į pieno produktus.

Bet koks disacharidas, trisacharidas ir pan., esantis žmogaus kūne ir kitose būtybėse, akimirksniu hidrolizuojamas, kad susidarytų monozės. Būtent dėl šios savybės žmonės naudoja šios klasės angliavandenius neapdorotus, nepakitusius (runkelių arba cukranendrių cukrų).

Polisacharidai: molekulių savybės

Šios serijos angliavandenių funkcijos, sudėtis ir struktūra turi didelę reikšmę gyvų būtybių organizmams, taip pat žmogaus ūkinei veiklai. Pirmiausia turėtumėte išsiaiškinti, kurie angliavandeniai yra polisacharidai.

Jų yra daug:

• krakmolas;
• glikogenas;
• murein;
• gliukomananas;
• celiuliozė;
• dekstrinas;
• galaktomannanas;
• muromin;
• pektino medžiagos;
• amilozė;
• chitin.

Tai ne visas sąrašas, o tik svarbiausias gyvūnams ir augalams. Jei atliksite užduotį „Pažymėkite kelių polisacharidų angliavandenių struktūrines ypatybes“, pirmiausia turėtumėte atkreipti dėmesį į jų erdvinę struktūrą. Tai labai didelės, milžiniškos molekulės, susidedančios iš šimtų monomerų vienetų, susietų glikozidinėmis cheminėmis jungtimis. Dažnai polisacharidų angliavandenių molekulių struktūra yra sluoksniuota.

Yra tam tikra tokių molekulių klasifikacija.

1. Homopolisacharidai – susideda iš tų pačių pasikartojančių monosacharidų vienetų. Priklausomai nuo monozių, tai gali būti heksozės, pentozės ir tt (gliukanai, mananai, galaktanai).
2. Heteropolisacharidai – susidaro iš skirtingų monomerų vienetų.

Junginiai su linijine erdvine struktūra turėtų apimti, pavyzdžiui, celiuliozę. Dauguma polisacharidų turi šakotą struktūrą – krakmolas, glikogenas, chitinas ir pan.

Vaidmuo gyvų būtybių kūne

Šios angliavandenių grupės struktūra ir funkcijos yra glaudžiai susijusios su visų būtybių gyvybine veikla. Taigi, pavyzdžiui, augalai rezervinės maistinės medžiagos pavidalu kaupia krakmolą įvairiose ūglio ar šaknies dalyse. Pagrindinis gyvūnų energijos š altinis vėlgi yra polisacharidai, kuriuos skaidant susidaro gana daug energijos.

Angliavandeniai atlieka labai svarbų vaidmenį ląstelės struktūroje. Daugelio vabzdžių ir vėžiagyvių dangalą sudaro chitinas, mureinas yra bakterijų ląstelės sienelės komponentas, celiuliozė yra augalų pagrindas.

Atsarginė gyvulinės kilmės maistinė medžiaga yra glikogeno molekulės arba, kaip dažniau vadinama, gyvuliniai riebalai. Jis kaupiamas atskirose kūno dalyse ir atlieka ne tik energetinę, bet ir apsauginę nuo mechaninio poveikio funkciją.

Daugumai organizmų angliavandenių struktūra yra labai svarbi. Kiekvieno gyvūno ir augalo biologija tokia, kad jam reikia nuolatinio energijos š altinio, neišsenkamo. Ir tik jie gali tai duoti, o labiausiai polisacharidų pavidalu. Taigi, visiškai suskaidžius 1 g angliavandenių dėl medžiagų apykaitos procesų, išsiskiria 4,1 kcal energijos! Tai yra maksimumas, daugiau jokių ryšių. Štai kodėl angliavandenių turi būti bet kurio žmogaus ir gyvūno racione. Kita vertus, augalai rūpinasi savimi: fotosintezės procese jie savo viduje formuoja krakmolą ir jį kaupia.

Bendrosios angliavandenių savybės

Riebalų, b altymų ir angliavandenių struktūraapskritai panašus. Juk visos jos yra makromolekulės. Net kai kurios jų funkcijos yra bendro pobūdžio. Reikėtų apibendrinti visų angliavandenių vaidmenį ir svarbą planetos biomasės gyvenime.

1. Angliavandenių sudėtis ir struktūra reiškia, kad jie naudojami kaip statybinė medžiaga augalų ląstelių apvalkalams, gyvūnų ir bakterijų membranoms, taip pat tarpląstelinėms organelėms formuoti.
2. Apsauginė funkcija. Jis būdingas augalų organizmams ir pasireiškia formuojantis spygliuočiams, spygliuočiams ir pan.
3. Plastinis vaidmuo – gyvybiškai svarbių molekulių (DNR, RNR, ATP ir kitų) susidarymas.
4. Receptoriaus funkcija. Polisacharidai ir oligosacharidai yra aktyvūs pernešimo per ląstelės membraną dalyviai, „apsaugos“, kurios užfiksuoja poveikį.
5. Energetinis vaidmuo yra svarbiausias. Suteikia maksimalią energiją visiems tarpląsteliniams procesams, taip pat viso organizmo darbui.
6. Osmosinio slėgio reguliavimas – tai kontroliuoja gliukozė.
7. Kai kurie polisacharidai tampa atsargine maistine medžiaga, energijos š altiniu gyvūnams.

Taigi akivaizdu, kad lemiamą ir lemiamą reikšmę turi riebalų, b altymų ir angliavandenių struktūra, jų funkcijos ir vaidmuo gyvųjų sistemų organizmuose. Šios molekulės yra gyvybės kūrėjos, jos taip pat ją išsaugo ir palaiko.

Angliavandeniai su kitais stambiamolekuliniais junginiais

Taip pat žinomas angliavandenių vaidmuo ne gryna forma, o kartu su kitomis molekulėmis. Tai apima labiausiai paplitusiuspatinka:

• glikozaminoglikanai arba mukopolisacharidai;
• glikoproteinai.

Šio tipo angliavandenių struktūra ir savybės yra gana sudėtingos, nes įvairios funkcinės grupės yra sujungtos į kompleksą. Pagrindinis šio tipo molekulių vaidmuo yra dalyvavimas daugelyje organizmų gyvenimo procesų. Atstovai yra: hialurono rūgštis, chondroitino sulfatas, heparanas, keratano sulfatas ir kt.

Taip pat yra polisacharidų kompleksų su kitomis biologiškai aktyviomis molekulėmis. Pavyzdžiui, glikoproteinai arba lipopolisacharidai. Jų buvimas yra svarbus formuojant organizmo imunologines reakcijas, nes jie yra limfinės sistemos ląstelių dalis.