Untuk tubuh manusia, serta makhluk hidup lain, tenaga diperlukan. Tanpanya, tiada proses boleh berlaku. Lagipun, setiap tindak balas biokimia, setiap proses enzimatik atau peringkat metabolisme memerlukan sumber tenaga.
Oleh itu, kepentingan zat yang membekalkan tubuh kekuatan untuk kehidupan adalah sangat besar dan penting. Apakah bahan-bahan ini? Karbohidrat, protein, lemak. Struktur setiap daripada mereka adalah berbeza, mereka tergolong dalam kelas sebatian kimia yang sama sekali berbeza, tetapi salah satu fungsi mereka adalah serupa - menyediakan badan dengan tenaga yang diperlukan untuk kehidupan. Pertimbangkan satu kumpulan bahan yang disenaraikan - karbohidrat.
Klasifikasi karbohidrat
Komposisi dan struktur karbohidrat sejak penemuannya ditentukan oleh namanya. Malah, menurut sumber awal, dipercayai bahawa ini adalah sekumpulan sebatian dalam struktur yang terdapat atom karbon yang dikaitkan dengan molekul air.
Analisis yang lebih teliti, serta maklumat terkumpul tentang kepelbagaian bahan ini, membolehkan untuk membuktikan bahawa tidak semua wakil hanya mempunyai komposisi sedemikian. Namun begituciri ini masih merupakan salah satu ciri yang menentukan struktur karbohidrat.
Pengkelasan moden kumpulan sebatian ini adalah seperti berikut:
- Monosaccharides (ribosa, fruktosa, glukosa, dll.).
- Oligosakarida (bioses, trioses).
- Polysaccharides (kanji, selulosa).
Selain itu, semua karbohidrat boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar berikut:
- memulihkan;
- bukan pemulihan.
Struktur molekul karbohidrat setiap kumpulan akan dipertimbangkan dengan lebih terperinci.
Monosaccharides: ciri
Kategori ini termasuk semua karbohidrat ringkas yang mengandungi kumpulan aldehid (aldosa) atau keton (ketosa) dan tidak lebih daripada 10 atom karbon dalam struktur rantai. Jika anda melihat bilangan atom dalam rantai utama, maka monosakarida boleh dibahagikan kepada:
- trioses (gliseraldehid);
- tetroses (eritrosa, erythrose);
- pentoses (ribosa dan deoksiribosa);
- heksosa (glukosa, fruktosa).
Semua wakil lain tidak sepenting badan seperti yang disenaraikan.
Ciri-ciri struktur molekul
Menurut strukturnya, monosa boleh dibentangkan dalam bentuk rantai dan dalam bentuk karbohidrat kitaran. Bagaimana ini berlaku? Masalahnya ialah atom karbon pusat dalam sebatian adalah pusat asimetri di sekelilingnya yang mana molekul dalam larutan dapat berputar. Beginilah cara isomer optik monosakarida bentuk L dan D terbentuk. di manaformula glukosa, yang ditulis dalam bentuk rantai lurus, boleh digenggam secara mental oleh kumpulan aldehid (atau keton) dan digulung menjadi bola. Formula kitaran yang sepadan akan diperolehi.
Struktur kimia karbohidrat siri monoz agak mudah: sebilangan atom karbon membentuk rantai atau kitaran, daripada setiap kumpulan hidroksil dan atom hidrogen terletak pada bahagian yang berbeza atau pada sisi yang sama. Jika semua struktur dengan nama yang sama berada di satu sisi, maka D-isomer terbentuk, jika mereka berbeza dengan silih berganti antara satu sama lain, maka L-isomer terbentuk. Jika kita menulis formula am wakil glukosa monosakarida yang paling biasa dalam bentuk molekul, maka ia akan kelihatan seperti: . Selain itu, rekod ini juga mencerminkan struktur fruktosa. Lagipun, secara kimia, kedua-dua monosa ini adalah isomer struktur. Glukosa ialah alkohol aldehid, fruktosa ialah alkohol keto.
Struktur dan sifat karbohidrat sebilangan monosakarida saling berkait rapat. Sesungguhnya, disebabkan kehadiran kumpulan aldehid dan keton dalam komposisi struktur, mereka tergolong dalam alkohol aldehid dan keto, yang menentukan sifat kimianya dan tindak balas yang boleh mereka masuki.
Oleh itu, glukosa mempamerkan sifat kimia berikut:
1. Tindak balas kerana kehadiran kumpulan karbonil:
- pengoksidaan - tindak balas "cermin perak";
- dengan kuprum (II) hidroksida yang dimendakan baru - asid aldonik;
- agen pengoksidaan kuat mampu membentuk asid dibasic (aldaric), menukarkan bukan sahaja aldehid, tetapi juga satu kumpulan hidroksil;
- pemulihan - ditukar kepada alkohol polihidrik.
2. Molekul juga mengandungi kumpulan hidroksil, yang mencerminkan struktur. Sifat karbohidrat dipengaruhi oleh data pengumpulan:
- keupayaan untuk beralkilat - pembentukan eter;
- asilasi - pembentukan ester;
- tindak balas kualitatif untuk kuprum (II) hidroksida.
3. Sifat glukosa yang sangat spesifik:
- butyric;
- alkohol;
- penapaian asid laktik.
Fungsi yang dilakukan dalam badan
Struktur dan fungsi karbohidrat siri monosa adalah berkait rapat. Yang terakhir terdiri, pertama sekali, dalam penyertaan dalam tindak balas biokimia organisma hidup. Apakah peranan monosakarida dalam hal ini?
- Asas untuk penghasilan oligo- dan polisakarida.
- Pentosa (ribosa dan deoksiribosa) ialah molekul terpenting yang terlibat dalam pembentukan ATP, RNA, DNA. Dan mereka pula merupakan pembekal utama bahan turun temurun, tenaga dan protein.
- Kepekatan glukosa dalam darah manusia ialah penunjuk sebenar tekanan osmotik dan perubahannya.
Oligosakarida: struktur
Struktur karbohidrat kumpulan ini dikurangkan kepada kehadiran dua (diosa) atau tiga (triose) molekul monosakarida dalam komposisi. Terdapat juga yang termasuk 4, 5 atau lebih struktur (sehingga 10), tetapi yang paling biasa ialah disakarida. Iaitu, semasa hidrolisissebatian terurai untuk membentuk glukosa, fruktosa, pentosa, dan sebagainya. Apakah sebatian yang termasuk dalam kategori ini? Contoh biasa ialah sukrosa (gula tebu biasa), laktosa (komponen utama susu), m altosa, laktulosa, isom altosa.
Struktur kimia karbohidrat siri ini mempunyai ciri berikut:
- Formula spesies molekul am: C12H22O11.
- Dua sisa monosa yang sama atau berbeza dalam struktur disakarida disambungkan antara satu sama lain menggunakan jambatan glikosidik. Sifat sebatian ini akan menentukan keupayaan mengurangkan gula.
- Mengurangkan disakarida. Struktur karbohidrat jenis ini terdiri daripada pembentukan jambatan glikosidik antara hidroksil aldehid dan kumpulan hidroksil molekul monos yang berbeza. Ini termasuk: m altosa, laktosa dan sebagainya.
- Tidak mengurangkan - contoh tipikal sukrosa - apabila jambatan terbentuk antara hidroksil hanya kumpulan yang sepadan, tanpa penyertaan struktur aldehid.
Oleh itu, struktur karbohidrat boleh diwakili secara ringkas sebagai formula molekul. Jika struktur terperinci yang terperinci diperlukan, maka ia boleh digambarkan menggunakan unjuran grafik Fisher atau formula Haworth. Secara khusus, dua monomer kitaran (monosa) adalah sama ada berbeza atau sama (bergantung kepada oligosakarida), disambungkan oleh jambatan glikosidik. Semasa membina, keupayaan memulihkan perlu diambil kira untuk memaparkan sambungan dengan betul.
Contoh molekul disakarida
Jika tugasan adalah dalam bentuk: "Perhatikan ciri-ciri struktur karbohidrat", maka untuk disakarida adalah lebih baik untuk mula-mula menunjukkan sisa monosa yang terkandung di dalamnya. Jenis yang paling biasa ialah:
- sukrosa - dibina daripada alfa-glukosa dan beta-fruktosa;
- m altosa - daripada sisa glukosa;
- cellobiose - terdiri daripada dua residu beta-glukosa bentuk D;
- laktosa - galaktosa + glukosa;
- laktulosa - galaktosa + fruktosa dan sebagainya.
Kemudian, mengikut sisa yang ada, formula struktur hendaklah disediakan dengan petunjuk jelas tentang jenis jambatan glikosidik.
Kepentingan untuk organisma hidup
Peranan disakarida juga sangat penting, bukan sahaja strukturnya penting. Fungsi karbohidrat dan lemak umumnya serupa. Asasnya ialah komponen tenaga. Walau bagaimanapun, untuk sesetengah disakarida individu, makna khusus mereka harus diberikan.
- Sucrose ialah sumber utama glukosa dalam tubuh manusia.
- Laktosa terdapat dalam susu ibu mamalia, termasuk sehingga 8% dalam susu wanita.
- Lactulosa diperoleh di makmal untuk kegunaan perubatan dan ditambah kepada produk tenusu.
Sebarang disakarida, trisakarida dan sebagainya dalam tubuh manusia dan makhluk lain mengalami hidrolisis segera untuk membentuk monoses. Ciri inilah yang mendasari penggunaan kelas karbohidrat ini oleh manusia dalam bentuk mentah yang tidak berubah (bit atau gula tebu).
Polysaccharides: ciri molekul
Fungsi, komposisi dan struktur karbohidrat siri ini sangat penting untuk organisma hidupan, serta untuk aktiviti ekonomi manusia. Mula-mula, anda harus mengetahui karbohidrat yang mana merupakan polisakarida.
Terdapat banyak daripadanya:
- kanji;
- glikogen;
- murein;
- glukomanan;
- selulosa;
- dextrin;
- galactomanan;
- muromin;
- bahan pektik;
- amylose;
- chitin.
Ini bukan senarai lengkap, tetapi hanya yang paling penting untuk haiwan dan tumbuhan. Jika anda melakukan tugas "Tandakan ciri struktur karbohidrat sebilangan polisakarida", maka pertama sekali anda harus memberi perhatian kepada struktur spatial mereka. Ini adalah molekul yang sangat besar, gergasi, yang terdiri daripada ratusan unit monomer yang disambung silang oleh ikatan kimia glikosidik. Selalunya struktur molekul karbohidrat polisakarida adalah komposisi berlapis.
Terdapat klasifikasi tertentu bagi molekul tersebut.
- Homopolysaccharides - terdiri daripada unit monosakarida berulang yang sama. Bergantung pada monosa, ia boleh menjadi heksosa, pentosa dan sebagainya (glukan, mannan, galaktan).
- Heteropolysaccharides - dibentuk oleh unit monomer yang berbeza.
Kompaun dengan struktur spatial linear harus termasuk, sebagai contoh, selulosa. Kebanyakan polisakarida mempunyai struktur bercabang - kanji, glikogen, kitin dan sebagainya.
Peranan dalam tubuh makhluk hidup
Struktur dan fungsi kumpulan karbohidrat ini berkait rapat dengan aktiviti penting semua makhluk. Jadi, sebagai contoh, tumbuhan dalam bentuk nutrien rizab mengumpul kanji di bahagian yang berlainan pada pucuk atau akar. Sumber tenaga utama haiwan sekali lagi ialah polisakarida, yang pecahan menghasilkan tenaga yang cukup banyak.
Karbohidrat memainkan peranan yang sangat penting dalam struktur sel. Penutup banyak serangga dan krustasea terdiri daripada kitin, murein adalah komponen dinding sel bakteria, selulosa adalah asas tumbuhan.
Nutrien simpanan asal haiwan ialah molekul glikogen, atau, seperti yang lebih biasa dipanggil, lemak haiwan. Ia disimpan di bahagian badan yang berasingan dan melakukan bukan sahaja tenaga, tetapi juga fungsi perlindungan terhadap pengaruh mekanikal.
Bagi kebanyakan organisma, struktur karbohidrat adalah sangat penting. Biologi setiap haiwan dan tumbuhan adalah sedemikian rupa sehingga memerlukan sumber tenaga yang berterusan, tidak habis-habis. Dan hanya mereka yang boleh memberikan ini, dan yang paling penting dalam bentuk polisakarida. Jadi, pecahan lengkap 1 g karbohidrat akibat proses metabolik membawa kepada pembebasan 4.1 kcal tenaga! Ini adalah maksimum, tiada lagi sambungan. Itulah sebabnya karbohidrat mesti ada dalam diet mana-mana orang dan haiwan. Tumbuhan, sebaliknya, menjaga diri mereka sendiri: dalam proses fotosintesis, mereka membentuk kanji di dalam diri mereka sendiri dan menyimpannya.
Sifat umum karbohidrat
Struktur lemak, protein dan karbohidratumumnya serupa. Lagipun, mereka semua adalah makromolekul. Malah beberapa fungsi mereka adalah sifat yang sama. Peranan dan kepentingan semua karbohidrat dalam kehidupan biojisim planet ini harus diringkaskan.
- Komposisi dan struktur karbohidrat membayangkan penggunaannya sebagai bahan binaan untuk kulit sel tumbuhan, membran haiwan dan bakteria, serta pembentukan organel intrasel.
- Fungsi pelindung. Ia adalah ciri organisma tumbuhan dan memanifestasikan dirinya dalam pembentukan duri, duri, dan sebagainya.
- Peranan plastik - pembentukan molekul penting (DNA, RNA, ATP dan lain-lain).
- Fungsi reseptor. Polisakarida dan oligosakarida ialah peserta aktif dalam pemindahan pengangkutan melalui membran sel, "pengawal" yang menangkap kesan.
- Peranan tenaga adalah yang paling penting. Membekalkan tenaga maksimum untuk semua proses intrasel, serta kerja seluruh organisma secara keseluruhan.
- Kawal selia tekanan osmotik - glukosa mengawal ini.
- Sesetengah polisakarida menjadi nutrien simpanan, sumber tenaga untuk haiwan.
Oleh itu, jelaslah bahawa struktur lemak, protein dan karbohidrat, fungsi dan peranannya dalam organisma sistem hidup adalah penting dan menentukan. Molekul ini adalah pencipta kehidupan, mereka juga memelihara dan menyokongnya.
Karbohidrat dengan sebatian makromolekul lain
Juga dikenali ialah peranan karbohidrat bukan dalam bentuk tulennya, tetapi dalam kombinasi dengan molekul lain. Ini termasuk yang paling biasaseperti:
- glycosaminoglycans atau mucopolysaccharides;
- glikoprotein.
Struktur dan sifat karbohidrat jenis ini agak kompleks, kerana pelbagai kumpulan berfungsi digabungkan menjadi kompleks. Peranan utama molekul jenis ini adalah penyertaan dalam banyak proses kehidupan organisma. Wakilnya ialah: asid hyaluronik, kondroitin sulfat, heparan, keratan sulfat dan lain-lain.
Terdapat juga kompleks polisakarida dengan molekul aktif biologi yang lain. Contohnya, glikoprotein atau lipopolisakarida. Kewujudan mereka adalah penting dalam pembentukan tindak balas imunologi badan, kerana ia adalah sebahagian daripada sel sistem limfa.
