Свойства и структура на въглехидратите. Функции на въглехидратите

За човешкото тяло, както и за други живи същества, е необходима енергия. Без него не са възможни процеси. В крайна сметка всяка биохимична реакция, всеки ензимен процес или метаболитен стадий се нуждае от енергиен източник.

Следователно значението на веществата, които осигуряват сила на тялото за цял живот, е много голямо и важно. Какви са тези вещества? Въглехидратите, протеините, мазнини. структура всеки от тях е различен, те принадлежат към напълно различни класове химически съединения, но една от техните функции е подобна - осигурява на тялото необходимата енергия за живот. Обмислете една група от тези вещества - въглехидрати.

Класификация на въглехидратите

Съставът и структурата на въглехидратите след откриването им се определят от името им. В крайна сметка, според ранните източници, се смяташе, че това е група съединения, в чиято структура има въглеродни атоми, свързани с водните молекули.

По-задълбочен анализ, както и натрупаната информация за разнообразието на тези вещества, направи възможно да се докаже, че не всички представители имат само такъв състав. Този знак обаче е все още един от тези, които определят структурата на въглехидратите.

Съвременната класификация на тази група съединения е както следва:

1. Монозахариди (рибоза, фруктоза, глюкоза и т.н.).
2. Олигозахариди (биози, триози).
3. Полизахариди (нишесте, целулоза).

Също така всички въглехидрати могат да бъдат разделени на следните две големи групи:

• възстановяване;
• нередуциращ.

Структурата на въглеводородните молекули на всяка група е обсъдена по-подробно.

Монозахариди: характерни

Тази категория включва всички прости въглехидрати, които съдържат алдехидно (алдозно) или кетонно (кетозно) групиране и не повече от 10 въглеродни атома във веригата. Ако погледнете броя на атомите в главната верига, монозахаридите могат да бъдат разделени на:

• триози (глицерол алдехид);
• тетрози (еритролоза, еритроза);
• пентози (рибоза и дезоксирибоза);
• хексози (глюкоза, фруктоза).

Всички останали представители не са толкова важни за организма, както са изброени.

Характеристики на структурата на молекулите

В структурата си монозем могат да бъдат представени както под формата на верига, така и под формата на цикличен въглехидрат. Как се случва това? Въпросът е, че централният въглероден атом в съединението е асиметричен център, около който молекулата в разтвора може да се върти. Така се образуват оптични изомери на L- и D-образни монозахариди. В тази формула глюкоза записва под формата на права верига, може да се възползва от умствено алдехидната група (или кетон) и преобръщане на топка. Получаваме съответната циклична формула.

Химичната структура на редица въглехидрати монозахариди съвсем прости за: броя на въглеродните атоми, образуващи верига или пръстен, всеки от които са различни или са разположени от едната страна на хидроксилни групи и водородни атоми. Ако всички същите структури от същата страна, тогава D-изомерът се формира, ако е различно с редуване един на друг - тогава L-изомер. Ако напишем общата формула на най-често срещания представител на глюкозните монозахариди в молекулна форма, тя ще има формата: C₆Н₁₂ох₆. И този запис отразява структурата и фруктозата също. В крайна сметка, химически тези два моноземни са структурни изомери. Глюкоза - алдехиден алкохол, фруктоза - кетоалкохол.

Структурата и свойствата на въглехидратите на редица монозахариди са тясно взаимосвързани. В крайна сметка, поради наличието на алдехидни и кетонни групи в състава на структурата принадлежат към алдехида и ketonospirtam който определя тяхната химична природа и реакционната смес, в която може да се присъедини.

По този начин глюкозата проявява следните химични свойства:

1. Реакции, дължащи се на наличието на карбонилна група:

• окисление - реакция на "сребърното огледало";
• с прясно утаена меден хидроксид (Ii) алдонова киселина;
• силните окислители са способни да образуват двуосновни киселини (Aldar), трансформирайки не само алдехида, но и една хидроксилна група;
• оползотворяването - се превръща в многовалентни алкохоли.

2. В молекулата има и хидроксилни групи, които отразяват структурата. Свойствата на въглехидратите, които са засегнати от тези групировки:

• способност за алкилиране - образуване на етери;
• ацилиране - образуване естери;
• качествена реакция към меден (II) хидроксид.

3. Тесни специфични свойства на глюкозата:

• олеинова киселина;
• алкохол;
• млечна ферментация.

Извършени функции в тялото

Структурата и функциите на въглехидратите на редица монозоми са тясно свързани. Последните са, на първо място, участие в биохимичните реакции на живите организми. Каква роля играят монозахаридите в това?

1. Основа за производството на олиго- и полизахариди.
2. Пентози (рибоза и дезоксирибоза) са най-важните молекули, участващи в образуването на АТР, РНК и ДНК. И те, от своя страна, са основните доставчици на наследствен материал, енергия и протеини.
3. Концентрационното съдържание на глюкозата в човешката кръв е правилен индикатор за осмотичното налягане и неговите промени.

Олигозахариди: структура

Структурата на въглехидратите от тази група се редуцира до наличието на две (диози) или три (тройзи) молекули на монозахариди в състава. Съществуват и такива с 4, 5 или повече структури (до 10), но най-честите са дизахаридите. Това означава, че по време на хидролизата такива съединения се разпадат с образуването на глюкоза, фруктоза, пентоза и т.н. Кои връзки са в тази категория? Типичен пример - това е захароза (обикновена тръстика захар), лактоза (основният компонент на млякото), малтоза, лактулоза, изомалтоза.

Химическата структура на въглехидратите от тази серия има следните характеристики:

1. Общата формула на молекулните видове е: C₁₂Н₂₂ох_11.
2. Два идентични или различни моназидни остатъка в структурата на дизахарида са свързани заедно с гликозидичен мост. Характерът на това съединение ще зависи от намаляващата способност на захарта.
3. Регенериращи дизахариди. Структурата на въглехидратите от този тип се състои в образуването на гликозиден мост между хидроксила на алдехидните и хидроксилните групи на различни моно-молекулни молекули. Това включва: малтоза, лактоза и т.н.
4. Нередуциращ - типичен пример за захароза - когато се образува мост между хидроксилите само на съответните групи, без участието на алдехидната структура.

Така структурата на въглехидратите може да бъде представена накратко под формата на молекулна формула. Ако е необходима подробна подробна структура, тя може да бъде представена чрез графични проекции на Fisher или формули на Hevors. И по-конкретно, два циклични мономера (монозем) са различни или идентични (в зависимост от олигозахарида), свързани заедно с гликозиден мост. При конструирането е необходимо да се вземе предвид възстановителната способност за правилното показване на връзката.

Примери на дизахаридни молекули

Ако задачата е във формата: "Обърнете внимание на характеристиките на структурата на въглехидратите", а след това за дизахариди, най-добре е първо да посочите от кои остатъци от монозата се състои. Най-често срещаните типове са:

• захароза - е изградена от алфа-глюкоза и бета-фруктоза;
• малтоза - от остатъците от глюкоза;
• келобиоза - се състои от два остатъка от бета-глюкозна D-форма;
• лактоза - галактоза + глюкоза;
• лактулоза - галактоза + фруктоза и така нататък.

След това, въз основа на наличните остатъци, трябва да се направи структурна формула с ясна рецепта за вида на гликозидния мост.

Значение за живите организми

Ролята на дизахаридите е много голяма, не само, че структурата е важна. Функциите на въглехидратите и мазнините обикновено са сходни. В основата си е енергийният компонент. Независимо от това, за някои отделни дизахариди трябва да се посочи тяхното особено значение.

1. Захарозата е основният източник на глюкоза в човешкото тяло.
2. Лактозата се открива в кърмата на бозайници, включително при жените до 8%.
3. Лактозата се получава в лабораторията за медицинска употреба и се добавя към производството на млечни продукти.

Всеки дизахарид, тризахарид и т.н. в човешкото тяло и други същества претърпява мигновена хидролиза при образуването на моноза. Тази характеристика стои в основата на използването на този клас въглехидрати от човек в сурова, непроменена форма (цвекло или захарна тръстика).

Полизахариди: молекулни характеристики

Функциите, съставът и структурата на въглехидратите от тази серия са от голямо значение за организмите на живите същества, както и за човешките икономически дейности. Първо, е необходимо да се разбере кои въглехидрати принадлежат към полизахаридите.

Има много от тях:

• нишесте;
• гликоген;
• мюрейн;
• глюкоманан;
• целулоза;
• декстрин;
• галактоман;
• muromin;
• пектинови вещества;
• амилоза;
• хитин.

Това не е пълен списък, а само най-значим за животните и растенията. Ако изпълнявате задачата "Обърнете внимание на особеностите на структурата на въглехидратите на редица полизахариди", първо трябва да обърнете внимание на тяхната пространствена структура. Това са много обемни, гигантски молекули, състоящи се от стотици мономерни връзки, омрежени с гликозидни химични връзки. Често структурата на въглехидратните молекули на полизахаридите е слоест състав.

Съществува определена класификация на такива молекули.

1. Хомополизахариди - се състоят от идентични многократно повтарящи се единици монозахариди. В зависимост от монозоята могат да бъдат хексози, пентози и т.н. (глюкани, манан, галактани).
2. Хетерополизахариди - се формират от различни мономерни единици.

За съединения с линейна пространствена структура, например, трябва да се включи целулоза. Разклонената структура има по-голямата част от полизахаридите - нишесте, гликоген, хитин и т.н.

Ролята на живите същества в тялото

Структурата и функциите на въглехидратите в тази група са тясно свързани с жизнената активност на всички същества. Например, растенията под формата на резервни хранителни вещества натрупват нишесте в различни части на издънките или корена. Основният източник на енергия за животните е отново полизахаридите, чието разцепване генерира много енергия.

Въглехидрати в клетъчна структура играят много важна роля. От хитин е покритието на много насекоми и ракообразни, мишки - компонент на клетъчната стена на бактериите, целулозата е основата на растенията.

Резервна хранителна съставка от животински произход са молекулите на гликоген или, както се нарича най-често, животинска мазнина. Съхранява се в отделни части на тялото и изпълнява не само енергията, но и защитната функция на механичните влияния.

За повечето организми структурата на въглехидратите е от голямо значение. Биологията на всяко животно и растение е такова, че изисква постоянен източник на енергия, неизчерпаем. И това може да се даде само от тях и най-вече под формата на полизахариди. По този начин, пълното разцепване на 1 g въглехидрати в резултат на метаболитните процеси води до освобождаването на 4,1 kcal енергия! Това е максимумът, няма повече връзки. Ето защо въглехидратите трябва да присъстват в храната на всеки човек и животно. Растенията също се грижат за себе си: в процеса на фотосинтеза те образуват нишесте в себе си и го съхраняват.

Общи свойства на въглехидратите

Структурата на мазнините, протеините и въглехидратите като цяло е сходна. В края на краищата всички те са макромолекули. Дори някои от техните функции имат общ характер. Необходимо е да се обобщи ролята и значението на всички въглехидрати в живота на биомасата на планетата.

1. Съставът и структурата на въглехидратите означава тяхното използване като строителен материал за обвивката на растителни клетки, мембраните на животните и бактериите и образуването на вътреклетъчни органели.
2. Защитна функция. Тя е характерна за растителните организми и се проявява в образуването на шипове, тръни и т. Н.
3. Пластична роля - образуване на жизненоважни молекули (ДНК, РНК, АТР и др.).
4. Рецепторна функция. Полизахаридите и олигозахаридите са активни участници в транспортните превози през клетъчната мембрана, "охранители", които улавят ефектите.
5. Енергийната роля е най-важната. Осигурява максимална енергия за всички вътреклетъчни процеси, както и за работата на целия организъм като цяло.
6. Регулиране на осмотичното налягане - глюкозата осъществява такъв контрол.
7. Някои полизахариди се превръщат в резервно хранително вещество, източник на енергия за животинските същества.

По този начин е очевидно, че структурата на мазнините, протеините и въглехидратите, техните функции и роля в организмите на живите системи са решаващи и решаващи. Тези молекули са създателите на живота, те също го запазват и поддържат.

Въглехидрати с други високомолекулни съединения

Също така, ролята на въглехидратите не е известна в чиста форма, а в комбинация с други молекули. За такива е възможно да се носят такива най-разпространени, като:

• гликозаминогликани или мукополизахариди;
• гликопротеини.

Структурата и свойствата на въглехидратите от този вид са доста сложни, защото комплексът съчетава най-разнообразните функционални групи. Основната роля на молекулите от този тип е участието в много жизнени процеси на организми. Представители са: хиалуронова киселина, хондроитин сулфат, хепаран, керанат-сулфат и други.

Съществуват и комплекси от полизахариди с други биологично активни молекули. Например, гликопротеини или липополизахариди. Тяхното съществуване е важно при формирането на имунологични реакции на тялото, тъй като те са част от клетките на лимфната система.