Ľudské telo, ako aj ostatné živé bytosti, potrebuje energiu. Bez nej nemôžu prebiehať žiadne procesy. Koniec koncov, každá biochemická reakcia, každý enzymatický proces alebo štádium metabolizmu potrebuje zdroj energie.
Význam látok, ktoré dodávajú telu silu pre život, je preto veľmi veľký a dôležitý. Aké sú tieto látky? Sacharidy, bielkoviny, tuky. Štruktúra každého z nich je iná, patria do úplne odlišných tried chemických zlúčenín, no jedna z ich funkcií je podobná – dodávať telu potrebnú energiu pre život. Zvážte jednu skupinu uvedených látok – sacharidy.
Klasifikácia sacharidov
Zloženie a štruktúra sacharidov od ich objavu bola určená ich názvom. Podľa skorších zdrojov sa skutočne verilo, že ide o skupinu zlúčenín, v ktorých štruktúre sú atómy uhlíka spojené s molekulami vody.
Dôkladnejšia analýza, ako aj nahromadené informácie o rozmanitosti týchto látok umožnili dokázať, že nie všetci zástupcovia majú len takéto zloženie. Avšaktáto funkcia je stále jednou z tých, ktoré určujú štruktúru sacharidov.
Moderná klasifikácia tejto skupiny zlúčenín je nasledovná:
- Monosacharidy (ribóza, fruktóza, glukóza atď.).
- Oligosacharidy (biózy, triózy).
- Polysacharidy (škrob, celulóza).
Všetky sacharidy možno tiež rozdeliť do nasledujúcich dvoch veľkých skupín:
- restoring;
- nevýbavné.
Štruktúra molekúl uhľohydrátov každej skupiny sa bude posudzovať podrobnejšie.
Monosacharidy: charakteristika
Táto kategória zahŕňa všetky jednoduché sacharidy, ktoré obsahujú aldehydovú (aldózy) alebo ketónovú (ketózy) skupinu a nie viac ako 10 atómov uhlíka v štruktúre reťazca. Ak sa pozriete na počet atómov v hlavnom reťazci, potom monosacharidy možno rozdeliť na:
- triózy (glyceraldehyd);
- tetrózy (erytrulóza, erytróza);
- pentózy (ribóza a deoxyribóza);
- hexózy (glukóza, fruktóza).
Všetci ostatní zástupcovia nie sú pre telo takí dôležití ako tí uvedení.
Vlastnosti štruktúry molekúl
Podľa svojej štruktúry môžu byť monosy prezentované ako vo forme reťazca, tak aj vo forme cyklického uhľohydrátu. Ako sa to stane? Ide o to, že centrálny atóm uhlíka v zlúčenine je asymetrickým centrom, okolo ktorého sa molekula v roztoku môže otáčať. Takto vznikajú optické izoméry L- a D-formy monosacharidov. V čomglukózový vzorec, napísaný vo forme priameho reťazca, môže byť mentálne uchopený aldehydovou skupinou (alebo ketónom) a zvinutý do gule. Získa sa zodpovedajúci cyklický vzorec.
Chemická štruktúra uhľohydrátov série monoz je pomerne jednoduchá: množstvo atómov uhlíka tvoriacich reťazec alebo cyklus, z ktorých každý sa nachádza na inej alebo na tej istej strane hydroxylové skupiny a atómy vodíka. Ak sú všetky štruktúry rovnakého mena na jednej strane, potom sa vytvorí D-izomér, ak sa navzájom striedajú, vznikne L-izomér. Ak napíšeme všeobecný vzorec najbežnejšieho zástupcu glukózových monosacharidov v molekulárnej forme, bude to vyzerať takto: . Navyše tento záznam odráža aj štruktúru fruktózy. Koniec koncov, chemicky sú tieto dva monosy štrukturálnymi izomérmi. Glukóza je aldehydový alkohol, fruktóza je ketoalkohol.
Štruktúra a vlastnosti sacharidov mnohých monosacharidov spolu úzko súvisia. V dôsledku prítomnosti aldehydových a ketónových skupín v zložení štruktúry skutočne patria k aldehydovým a ketoalkoholom, čo určuje ich chemickú povahu a reakcie, do ktorých sú schopné vstúpiť.
Gluóza teda vykazuje nasledujúce chemické vlastnosti:
1. Reakcie spôsobené prítomnosťou karbonylovej skupiny:
- oxidácia – reakcia „strieborného zrkadla“;
- s čerstvo vyzrážaným hydroxidom meďnatým – kyselinou aldónovou;
- silné oxidačné činidlá sú schopné vytvárať dvojsýtne kyseliny (aldarovú), pričom premieňajú nielen aldehyd, ale aj jednu hydroxylovú skupinu;
- recovery – prevedené na viacsýtne alkoholy.
2. Molekula tiež obsahuje hydroxylové skupiny, čo odráža štruktúru. Vlastnosti sacharidov ovplyvnené údajmi zoskupenia:
- schopnosť alkylovať - tvorba éterov;
- acylácia - tvorba esterov;
- kvalitatívne reakcie na hydroxid meďnatý.
3. Vysoko špecifické vlastnosti glukózy:
- butyric;
- alkohol;
- kvasenie kyseliny mliečnej.
Funkcie vykonávané v tele
Štruktúra a funkcia uhľohydrátov zo série monoses spolu úzko súvisia. Tie spočívajú predovšetkým v účasti na biochemických reakciách živých organizmov. Akú úlohu v tom zohrávajú monosacharidy?
- Základ pre výrobu oligo- a polysacharidov.
- Pentózy (ribóza a deoxyribóza) sú najdôležitejšie molekuly podieľajúce sa na tvorbe ATP, RNA, DNA. A oni sú zase hlavnými dodávateľmi dedičného materiálu, energie a bielkovín.
- Koncentrácia glukózy v ľudskej krvi je skutočným indikátorom osmotického tlaku a jeho zmien.
Oligosacharidy: štruktúra
Štruktúra sacharidov tejto skupiny je redukovaná na prítomnosť dvoch (diózy) alebo troch (triózy) molekúl monosacharidov v kompozícii. Existujú aj také, ktoré zahŕňajú 4, 5 alebo viac štruktúr (až 10), ale najčastejšie sú to disacharidy. Teda počas hydrolýzyzlúčeniny sa rozkladajú za vzniku glukózy, fruktózy, pentózy atď. Aké zlúčeniny patria do tejto kategórie? Typickým príkladom je sacharóza (bežný trstinový cukor), laktóza (hlavná zložka mlieka), m altóza, laktulóza, izom altóza.
Chemická štruktúra uhľohydrátov tejto série má nasledujúce vlastnosti:
- Všeobecný vzorec molekulových druhov: C12H22O11.
- Dva rovnaké alebo rôzne monózové zvyšky v disacharidovej štruktúre sú navzájom spojené pomocou glykozidického mostíka. Povaha tejto zlúčeniny určí redukčnú schopnosť cukru.
- Zníženie obsahu disacharidov. Štruktúra uhľohydrátov tohto typu spočíva vo vytvorení glykozidického mostíka medzi hydroxylovými skupinami aldehydu a hydroxylovými skupinami rôznych molekúl monos. Patria sem: m altóza, laktóza atď.
- Neredukčný - typický príklad sacharózy - keď sa vytvorí mostík medzi hydroxylmi iba zodpovedajúcich skupín, bez účasti aldehydovej štruktúry.
Štruktúru uhľohydrátov teda možno stručne znázorniť ako molekulárny vzorec. Ak je potrebná podrobná detailná štruktúra, potom ju možno zobraziť pomocou Fisherových grafických projekcií alebo Haworthových vzorcov. Konkrétne, dva cyklické monoméry (monózy) sú buď rôzne alebo identické (v závislosti od oligosacharidu), prepojené glykozidickým mostíkom. Pri budovaní by sa mala brať do úvahy schopnosť obnovy, aby sa správne zobrazilo spojenie.
Príklady molekúl disacharidov
Ak je úloha vo forme: „Všimnite si štrukturálne vlastnosti uhľohydrátov“, potom pri disacharidoch je najlepšie najskôr uviesť, z akých zvyškov monózy sa skladá. Najbežnejšie typy sú:
- sacharóza – vyrobená z alfa-glukózy a beta-fruktózy;
- m altóza – zo zvyškov glukózy;
- cellobióza – pozostáva z dvoch zvyškov beta-glukózy v D-forme;
- laktóza – galaktóza + glukóza;
- laktulóza - galaktóza + fruktóza a tak ďalej.
Potom by sa mal podľa dostupných zvyškov zostaviť štruktúrny vzorec s jasným označením typu glykozidického mostíka.
Dôležitosť pre živé organizmy
Úloha disacharidov je tiež veľmi dôležitá, nielen štruktúra je dôležitá. Funkcie sacharidov a tukov sú vo všeobecnosti podobné. Základom je energetická zložka. Pre niektoré jednotlivé disacharidy by však mal byť uvedený ich špecifický význam.
- Sacharóza je hlavným zdrojom glukózy v ľudskom tele.
- Laktóza sa nachádza v materskom mlieku cicavcov, vrátane až 8 % v mlieku žien.
- Laktulóza sa získava v laboratóriu na lekárske účely a pridáva sa do mliečnych výrobkov.
Akýkoľvek disacharid, trisacharid a tak ďalej v ľudskom tele a iných tvoroch podlieha okamžitej hydrolýze za vzniku monos. Práve táto vlastnosť je základom používania tejto triedy uhľohydrátov ľuďmi v ich surovej, nezmenenej forme (repný alebo trstinový cukor).
Polysacharidy: vlastnosti molekúl
Funkcie, zloženie a štruktúra uhľohydrátov tohto radu majú veľký význam pre organizmy živých bytostí, ako aj pre hospodársku činnosť človeka. Najprv by ste mali zistiť, ktoré sacharidy sú polysacharidy.
Je ich veľa:
- škrob;
- glykogén;
- murein;
- glukomanán;
- celulóza;
- dextrin;
- galaktomannan;
- muromin;
- pektické látky;
- amylóza;
- chitin.
Toto nie je úplný zoznam, ale iba to najdôležitejšie pre zvieratá a rastliny. Ak vykonávate úlohu „Označte štrukturálne vlastnosti uhľohydrátov viacerých polysacharidov“, potom by ste mali venovať pozornosť predovšetkým ich priestorovej štruktúre. Sú to veľmi objemné, gigantické molekuly, pozostávajúce zo stoviek monomérnych jednotiek zosieťovaných glykozidickými chemickými väzbami. Štruktúra molekúl polysacharidových sacharidov je často vrstvená kompozícia.
Existuje určitá klasifikácia takýchto molekúl.
- Homopolysacharidy – pozostávajú z rovnakých opakovane sa opakujúcich jednotiek monosacharidov. V závislosti od monos to môžu byť hexózy, pentózy atď. (glukány, manány, galaktány).
- Heteropolysacharidy – tvorené rôznymi monomérnymi jednotkami.
Zlúčeniny s lineárnou priestorovou štruktúrou by mali zahŕňať napríklad celulózu. Väčšina polysacharidov má rozvetvenú štruktúru – škrob, glykogén, chitín atď.
Úloha v tele živých bytostí
Štruktúra a funkcie tejto skupiny sacharidov úzko súvisia s vitálnou činnosťou všetkých tvorov. Takže napríklad rastliny vo forme rezervnej živiny akumulujú škrob v rôznych častiach výhonku alebo koreňa. Hlavným zdrojom energie pre zvieratá sú opäť polysacharidy, ktorých rozkladom vzniká pomerne veľa energie.
Sacharidy hrajú veľmi významnú úlohu v štruktúre bunky. Obal mnohých hmyzu a kôrovcov pozostáva z chitínu, mureín je súčasťou bakteriálnej bunkovej steny, celulóza je základom rastlín.
Záložnou živinou živočíšneho pôvodu sú molekuly glykogénu, alebo, ako sa tomu bežne hovorí, živočíšny tuk. Je uložený v oddelených častiach tela a plní nielen energetickú, ale aj ochrannú funkciu pred mechanickými vplyvmi.
Pre väčšinu organizmov je štruktúra sacharidov veľmi dôležitá. Biológia každého živočícha a rastliny je taká, že si vyžaduje stály zdroj energie, nevyčerpateľný. A to môžu dať len oni, a predovšetkým vo forme polysacharidov. Úplné rozloženie 1 g uhľohydrátov v dôsledku metabolických procesov teda vedie k uvoľneniu 4,1 kcal energie! Toto je maximum, žiadne ďalšie spojenia. To je dôvod, prečo musia byť sacharidy prítomné v strave každého človeka a zvieraťa. Rastliny sa na druhej strane o seba starajú: v procese fotosyntézy tvoria v sebe škrob a ukladajú ho.
Všeobecné vlastnosti sacharidov
Štruktúra tukov, bielkovín a sacharidovvo všeobecnosti podobné. Koniec koncov, všetky sú makromolekuly. Dokonca aj niektoré ich funkcie majú spoločný charakter. Úloha a dôležitosť všetkých sacharidov v živote biomasy planéty by mala byť zhrnutá.
- Zloženie a štruktúra sacharidov predpokladá ich použitie ako stavebného materiálu pre obaly rastlinných buniek, živočíšnych a bakteriálnych membrán, ako aj tvorbu vnútrobunkových organel.
- Ochranná funkcia. Je charakteristická pre rastlinné organizmy a prejavuje sa tvorbou tŕňov, tŕňov a pod.
- Úloha plastu – tvorba životne dôležitých molekúl (DNA, RNA, ATP a iné).
- Funkcia receptora. Polysacharidy a oligosacharidy sú aktívnymi účastníkmi prenosu cez bunkovú membránu, „strážcami“, ktoré zachytávajú účinky.
- Úloha energie je najvýznamnejšia. Poskytuje maximum energie pre všetky vnútrobunkové procesy, ako aj prácu celého organizmu ako celku.
- Regulácia osmotického tlaku – glukóza to riadi.
- Niektoré polysacharidy sa stávajú rezervnou živinou, zdrojom energie pre živočíšne tvory.
Je teda zrejmé, že rozhodujúci a rozhodujúci význam má štruktúra tukov, bielkovín a sacharidov, ich funkcie a úloha v organizmoch živých systémov. Tieto molekuly sú tvorcami života, zároveň ho zachovávajú a podporujú.
Sacharidy s inými makromolekulárnymi zlúčeninami
Známa je aj úloha sacharidov nie v čistej forme, ale v kombinácii s inými molekulami. Patria sem tie najbežnejšieako:
- glykozaminoglykány alebo mukopolysacharidy;
- glykoproteíny.
Štruktúra a vlastnosti uhľohydrátov tohto typu sú pomerne zložité, pretože rôzne funkčné skupiny sú spojené do komplexu. Hlavnou úlohou molekúl tohto typu je účasť na mnohých životných procesoch organizmov. Zástupcami sú: kyselina hyalurónová, chondroitín sulfát, heparan, keratan sulfát a iné.
Existujú aj komplexy polysacharidov s inými biologicky aktívnymi molekulami. Napríklad glykoproteíny alebo lipopolysacharidy. Ich existencia je dôležitá pri tvorbe imunologických reakcií organizmu, keďže sú súčasťou buniek lymfatického systému.
