Какво представлява въглехидратите, ролята на въглехидратите в човешкото тяло

Химичните свойства на клетките, които съставляват живите организми, зависят главно от броя на въглеродните атоми, които съставляват до 50% от сухата маса. Въглеродни атоми се намират в основните органични вещества: протеини, нуклеинови киселини, липиди и въглехидрати. Последната група включва съединения на въглерод и вода, съответстващи на формулата (СН₂

класификация

Тази група съединения в биохимията са разделени на три класа: прости захари (монозахариди), полимерни съединения с гликозидна връзка - олигозахариди и биополимери с високо молекулно тегло - полизахариди. Веществата от горните класове се намират в различни типове клетки. Например нишесте и глюкоза присъстват в растителни структури, гликоген в човешки хепатоцити и клетъчни стени на гъби, хитин във външния скелет на членестоноги. Всички горепосочени вещества са въглехидрати. Ролята на въглехидратите в тялото е универсална. Те са основният доставчик на енергия за житейски прояви клетки от растения, бактерии, животни и хора.

монозахариди

Имате общата формула C_пН_2пО_п и са разделени на групи в зависимост от броя на въглеродните атоми в молекулата: триоза, тетроз, пентоза и така нататък. В клетъчните органели и цитоплазмата простите захари имат две пространствени конфигурации: циклични и линейни. В първия случай, въглеродните атоми са свързани един с друг чрез ковалентни връзки и сигма форма затворени линии, във втория случай въглеродния скелет не е затворена и може да разклоняване. За да определим каква е ролята на въглехидратите в организма, нека да разгледаме най-честите от тях - пентози и хексози.

Изомери: глюкоза и фруктоза

Те имат една и съща молекулна формула С₆Н₁₂О₆, но различни структурни видове молекули. По-рано ние вече наречем основната роля на въглехидратите в един жив организъм - енергия. Горните вещества се разцепват от клетка. В резултат на това се отделя енергия (17,6 kJ от един грам глюкоза). В допълнение, се синтезират 36 АТР молекули. Разграждането на глюкозата се осъществява върху мембраните (кристалите) на митохондриите и е верига от ензимни реакции - цикълът на Кребс. Това е най-важната връзка в дисимилацията, която се среща във всички клетки на хетеротрофните еукариотни организми, без изключение.

Глюкозата също се образува в миоцити от бозайници, дължащи се на разцепването в гръдния мускул на гликогенния резерв. В бъдеще тя се използва като лесно разпадащо се вещество, тъй като доставянето на клетки с енергия е главната роля на въглехидратите в организма. Растенията са фототропи и независимо от тях образуват глюкоза в процеса на фотосинтеза. Тези реакции се наричат ​​цикълът на Калвин. Изходното вещество е въглероден диоксид, а акцепторът е рибозозодифосфат. Синтезът на глюкозата се получава в матрицата на хлоропластите. Фруктозата, имаща същата молекулна формула като глюкозата, съдържа в молекулата функционална група кетони. Той е по-сладък от глюкозата и се намира в меда, както и сок от плодове и плодове. По този начин биологичната роля на въглехидратите в организма е преди всичко да ги използват като бърз източник на енергия.

Ролята на пентозите в наследствеността

Да се ​​занимаем с още една група монозахариди - рибоза и дезоксирибоза. Тяхната уникалност се крие във факта, че те са част от полимерите - нуклеиновите киселини. За всички организми, включително не-клетъчните форми на живот, ДНК и РНК са основните носители на наследствена информация. Рибозата е включена в молекулите на РНК и дезоксирибозата се съдържа в нуклеотидите на ДНК. Следователно, биологичната роля на въглехидратите в човешкото тяло е, че участват в образуването на единици наследственост - гени и хромозоми.

Примери за пентози, съдържащи алдехидна група и често срещани в растителния свят, са ксилозата (съдържаща се в стъблата и семената), алфа-арабинозата (намерена в смола от плодови дървета). По този начин разпределението и биологичната роля на въглехидратите в организма на висшите растения е достатъчно голяма.

Какво представляват олигозахаридите

Ако остатъци от молекулите на монозахариди като глюкоза или фруктоза, свързани чрез ковалентни връзки, образувани олигозахариди - полимерни въглехидрати. Ролята на въглехидратите в тялото на растенията и животните е разнообразна. Това важи особено за дизахаридите. Най-често срещаните са захарозата, лактозата, малтозата и трехалозата. Така че захарозата, наречена още тръстика или захарно цвекло, се съдържа в растенията под формата на разтвор и се съхранява в техните кореноплодни растения или стъбла. В резултат на хидролизата се образуват глюкоза и фруктозни молекули. Млечна захар, лактоза, има животински произход. При някои хора, непоносимостта към това вещество е свързана с хипоксерецията на лактазния ензим, който разгражда млечната захар в галактоза и глюкоза. Ролята на въглехидратите е от жизненоважно значение. Например, трехалоза дизахарид, състоящ се от два остатъка от глюкоза, е част от хемолимфа на ракообразни, паяци, насекоми. Също така се среща в клетките на гъбичките и някои водорасли.

Друг дизахарид - малтоза, или малц захар, се съдържа в caryopses ечемик или ръж в тяхното поникване, е молекула, състояща се от два глюкозни остатъци. Тя се образува в резултат на разпадането на растително или животинско нишесте. В тънките черва на човек и бозайници, малтозата се разцепва от действието на ензим, наречен малтаза. При отсъствието му в панкреатичния сок патологията възниква поради непоносимост в храните на гликоген или растително нишесте. В този случай използвайте специална диета и добавете към храната на самия ензим.

Комплексни въглехидрати в природата

Те се разпространяват много широко, особено в растителния свят, са биополимери и имат голяма молекулна маса. Например, нишесте е 800 000, и в пулпа - 1 600 000 Полизахаридите се различават по състава на мономерите, степен на полимеризация, и дължина на веригата. За разлика от обикновените захари и олигозахариди, които се разтварят добре във вода и имат сладък вкус, полизахаридите са хидрофобни и безвкусни. Помислете за ролята на въглехидратите в човешкото тяло, използвайки примера на гликоген - животинско нишесте. Той се синтезира от глюкоза и се запазва в хепатоцитите и клетките на скелетните мускули, където съдържанието му е два пъти по-високо, отколкото в черния дроб. Образуването на гликоген също е в състояние на подкожна мастна тъкан, невроцити и макрофаги. Друг полизахарид, растително нишесте, е продукт на фотосинтеза и се образува в зелени пластиди.

От самото начало на човешката цивилизация основните доставчици на нишесте бяха ценни земеделски култури: ориз, картофи, царевица. Те все още са в основата на хранителния режим на огромното мнозинство от жителите на Земята. Ето защо въглехидратите са толкова ценни. Ролята на въглехидратите в организма е, както виждаме, при използването им като енергийно интензивни и бързо смилаеми органични вещества.

Съществува група от полизахариди, чиито мономери са остатъци от хиалуронова киселина. Те се наричат ​​пектини и са структурни вещества от растителни клетки. Особено богати са кората на ябълките, цвекловата каша. Клетъчните вещества от пектин регулират вътреклетъчното налягане - тургор. В сладкарската промишленост те се използват като желиращи агенти и сгъстители при производството на висококачествени сортове marshmallow и marmalade. При диетичното хранене се използват биологично активни вещества, които отделят токсини от дебелото черво.

Какви са гликолипидите

Това е интересна група от сложни съединения на въглехидрати и мазнини, които са в нервната тъкан. Състои се от главата и гръбначния мозък на бозайниците. Гликолипидите също се намират в клетъчните мембрани. Например, в бактериите участват в междуклетъчните контакти. Някои от тези съединения са антигени (вещества, които откриват кръвни групи на системата Landsteiner AB0). В клетките на животните, растенията и хората в допълнение към гликолипидите съществуват и независими молекули на мазнините. Те изпълняват основно енергийната функция. При разделянето на един грам мазнина се освобождава 38,9 kJ енергия. Липидите се характеризират също така със структурна функция (част от клетъчните мембрани). По този начин тези функции се извършват от въглехидрати и мазнини. Тяхната роля в тялото е изключително висока.

Ролята на въглехидратите и липидите в тялото

В клетките на хора и животни се наблюдават взаимни превръщания на полизахариди и мазнини, които се появяват в резултат на метаболизма. Учените - специалистите по хранене установиха, че прекомерната консумация на нишестени храни води до натрупване на мазнини. Ако човек има нарушен панкреас по отношение на разпределението на амилазата или води до заседнал начин на живот, теглото му може значително да се увеличи. Струва си да се помни, че богатата на въглехидрати храна е разделена главно на дванадесетопръстника до глюкоза. Той се абсорбира от капилярите на тънките черва и се отлага в черния дроб и мускулите под формата на гликоген. Колкото по-интензивен е метаболизмът в организма, толкова по-активен той е разделен на глюкоза. Тогава тя се използва от клетките като основен енергиен материал. Тази информация служи като отговор на въпроса за ролята, която въглехидратите играят в човешкото тяло.

Значението на гликопротеините

Съединенията от тази група вещества се представят от комплексния въглехидрат + протеин. Те се наричат ​​също гликоконюгати. Това са антитела, хормони, мембранни структури. Последни биохимични изследвания са установили, че ако гликопротеини започват да променя своята нативна (природен) структура, води до развитието на тези сложни заболявания, такива като астма, ревматоиден артрит, рак. Ролята на гликоконюгатите в клетъчния метаболизъм е голяма. Така че, интерфероните потискат възпроизводството на вируси, имуноглобулините предпазват тялото от патогенни агенти. Кръвните протеини също принадлежат към тази група вещества. Те осигуряват защитни и буферни свойства. Всички тези функции потвърждават факта, че физиологичната роля на въглехидратите в организма е разнообразна и изключително важна.

Къде и как се образуват въглехидратите

Основните доставчици на прости и сложни захари са зелените растения: водорасли, по-висши спори, гимнастици и цъфтящи растения. Всички те съдържат пигментни хлорофили в клетките. Тя е част от тилакоидите - хлоропластичните структури. Руският учен К. Тимирязев е изучавал процеса на фотосинтезата, в резултат на който се образуват въглехидрати. Ролята на въглехидратите в тялото на растението е да се натрупва нишесте в плодове, семена и крушки, т.е. във вегетативните органи. Механизмът на фотосинтезата е доста сложен и се състои от поредица от ензимни реакции, които се срещат както в светлината, така и в тъмното. Глюкозата се синтезира от въглероден диоксид под действието на ензими. Хетеротрофните организми използват зелените растения като източник на храна и енергия. По този начин растенията са първата връзка във всички трофични вериги и се наричат ​​производители.

В клетките на хетеротрофните организми въглехидратите се синтезират по каналите на гладка (агрануларна) ендоплазмена ретикула. След това те се използват като енергийни и строителни материали. В растителните клетки въглехидратите допълнително се образуват в Golgi комплекс и след това се образуват целулозна клетъчна стена. В процеса на храносмилането на гръбначни, съединения богати на въглехидрати са частично разбити в устната кухина и стомаха. Основните реакции на дисимилация се появяват в дванадесетопръстника. Той секретира панкреатичен сок, съдържащ ензимна амилаза, разцепващ нишестето до глюкоза. Както вече беше казано, глюкозата се абсорбира в кръвта в тънките черва и се разпространява във всички клетки. Тук се използва като източник на енергия и структурно вещество. Това обяснява ролята на въглехидратите в организма.

Свръх-ембранови комплекси от хетеротрофни клетки

Те са типични за животните и гъбите. Химическият състав и молекулярната организация на тези структури са представени от съединения като липиди, протеини и въглехидрати. Ролята на въглехидратите в организма е да участвате енергиен обмен и изграждането на мембрани. В клетките на човека и животните има специален структурен компонент, наречен гликокализа. Този тънък повърхностен слой се състои от гликолипиди и гликопротеини, свързани към цитоплазмената мембрана. Той осигурява директна връзка на клетките с външната среда. Тук има възприятие за дразнене и екстрацелуларно храносмилане. Благодарение на тяхната въглехидратна мембрана, клетките се сливат помежду си, образувайки тъкани. Това явление се нарича адхезия. Също така добавяме, че "опашките" на въглехидратните молекули са над повърхността на клетката и са насочени към интерстициалната течност.

Друга група от хетеротрофни организми - гъби, също има повърхностен уред, наречен клетъчна стена. Той включва сложни захари - хитин, гликоген. Някои видове гъбички също съдържат разтворими въглехидрати, например трехалоза, наречена гъба захар.

При едноклетъчните животни, като клейатите, повърхностният слой - филмът също съдържа комплекси от олигозахариди с протеини и липиди. Някои от най-простите пенили са достатъчно тънки и не пречат на промяната във формата на тялото. И в други се сгъстява и става твърдо, като черупка, изпълнявайки защитна функция.

Клетъчна стена на растения

Също така съдържа голямо количество въглехидрати, особено целулоза, събрани под формата на влакна. Тези структури образуват скелет, потопен в колоидна матрица. Състои се предимно от олиго- и полизахариди. Клетъчните стени на растителните клетки могат да бъдат лигнонирани. В този случай пространствата между връзките на целулозата се пълнят с друг въглехидрат - лигнин. Укрепва поддържащите функции на клетъчната мембрана. Често, особено в трайните дървесни растения, външният слой, състоящ се от целулоза, е покрит с мастни вещества - суперин. Тя предотвратява навлизането на вода в растителните тъкани, така че подлежащите клетки умират бързо и са покрити с щепсел.

Обобщавайки горното, виждаме, че въглехидратите и мазнините са тясно свързани в клетъчната стена на растенията. Тяхната роля в тялото на фототрофите е трудно да се подценява, тъй като гликолипидните комплекси осигуряват поддържащи и защитни функции. Разглеждаме разнообразието от въглехидрати, характерни за организмите на царството на Дробинка. Той включва прокариоти, по-специално бактерии. Тяхната клетъчна стена съдържа въглехидрати - миши. В зависимост от структурата на повърхностния апарат, бактериите се разделят на грам-положителни и грам-отрицателни.

Структурата на втората група е по-сложна. Тези бактерии имат два слоя: пластмасови и твърди. Първият съдържа мукополизахариди, например, миши. Неговите молекули приличат на структури с големи отвори, които образуват капсула около бактериалната клетка. Вторият слой се състои от пептидогликан, съединение от полизахариди и протеини.

Липополизахаридите на клетъчната стена позволяват на бактериите да бъдат здраво прикрепени към различни субстрати, например към зъбния емайл или към мембраната на еукариотните клетки. В допълнение, гликолипидите подпомагат сближаването на бактериалните клетки помежду си. По този начин се формират например вериги от стрептококи, купчини стафилококи, освен това някои видове прокариоти имат допълнителна лигавица - пеплос. Той съдържа полизахариди в състава си и лесно се унищожава от действието на твърдото излъчване или от контакт с някои химикали, например антибиотици.