Kulhydraters egenskaber og struktur. Funktioner af kulhydrater

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

For den menneskelige krop, såvel som andre levende væsener, er der brug for energi. Uden det kan ingen processer finde sted. Når alt kommer til alt, har enhver biokemisk reaktion, enhver enzymproces eller ethvert trin i stofskiftet brug for en energikilde.

Derfor er betydningen af stoffer, der giver kroppen styrke til livet, meget stor og vigtig. Hvad er disse stoffer? Kulhydrater, proteiner, fedt. Strukturen af hver af dem er forskellig, de tilhører helt forskellige klasser af kemiske forbindelser, men en af deres funktioner er ens - at give kroppen den nødvendige energi til livet. Overvej én gruppe af de anførte stoffer - kulhydrater.

Klassificering af kulhydrater

Sammensætningen og strukturen af kulhydrater siden deres opdagelse blev bestemt af deres navn. Faktisk blev det ifølge tidlige kilder antaget, at dette er en gruppe af forbindelser, i hvis struktur der er carbonatomer forbundet med vandmolekyler.

En mere grundig analyse samt den akkumulerede information om mangfoldigheden af disse stoffer gjorde det muligt at bevise, at ikke alle repræsentanter kun har en sådan sammensætning. Imidlertiddenne funktion er stadig en af dem, der bestemmer strukturen af kulhydrater.

Den moderne klassificering af denne gruppe af forbindelser er som følger:

1. Monosakkarider (ribose, fruktose, glucose osv.).
2. Oligosaccharider (bioser, trioser).
3. Polysaccharider (stivelse, cellulose).

Alle kulhydrater kan også opdeles i følgende to store grupper:

• gendannelse;
• ikke-genoprettende.

Strukturen af kulhydratmolekyler i hver gruppe vil blive overvejet mere detaljeret.

Monosakkarider: egenskaber

Denne kategori omfatter alle simple kulhydrater, der indeholder en aldehyd- (aldoser) eller ketongruppe (ketoser) og ikke mere end 10 carbonatomer i kædestrukturen. Hvis man ser på antallet af atomer i hovedkæden, så kan monosaccharider opdeles i:

• trioser (glyceraldehyd);
• tetroser (erythrulose, erythrose);
• pentoser (ribose og deoxyribose);
• hexoser (glukose, fruktose).

Alle andre repræsentanter er ikke så vigtige for organet som de anførte.

Funktioner i strukturen af molekyler

I henhold til deres struktur kan monoser præsenteres både i form af en kæde og i form af et cyklisk kulhydrat. Hvordan sker det? Sagen er, at det centrale carbonatom i forbindelsen er et asymmetrisk center, som molekylet i opløsning er i stand til at rotere omkring. Sådan dannes optiske isomerer af L- og D-form monosaccharider. Hvoriglucoseformlen, skrevet i form af en lige kæde, kan ment alt gribes af aldehydgruppen (eller ketonen) og rulles til en kugle. Den tilsvarende cykliske formel vil blive opnået.

Den kemiske struktur af kulhydrater i monoz-serien er ret enkel: et antal kulstofatomer, der danner en kæde eller cyklus, af hvilke hydroxylgrupper og brintatomer er placeret på forskellige eller på samme side. Hvis alle strukturer af samme navn er på den ene side, så dannes en D-isomer, hvis de er forskellige med vekslen mellem hinanden, så dannes en L-isomer. Hvis vi nedskriver den generelle formel for den mest almindelige repræsentant for glucosemonosaccharider i molekylær form, vil den se sådan ud: _{. Desuden afspejler denne rekord også strukturen af fruktose. Når alt kommer til alt, kemisk er disse to monoser strukturelle isomerer. Glucose er en aldehyd alkohol, fruktose er en keto alkohol.}

Strukturen og egenskaberne af kulhydrater af en række monosaccharider er tæt forbundne. På grund af tilstedeværelsen af aldehyd- og ketongrupper i strukturens sammensætning hører de nemlig til aldehyd- og ketoalkoholer, som bestemmer deres kemiske natur og de reaktioner, hvori de er i stand til at indgå.

Glucose udviser således følgende kemiske egenskaber:

1. Reaktioner på grund af tilstedeværelsen af en carbonylgruppe:

• oxidation - "sølvspejl"-reaktion;
• med friskudfældet kobber(II)hydroxid - aldonsyre;
• stærke oxidationsmidler er i stand til at danne dibasiske syrer (aldarsyre), der omdanner ikke kun aldehydet, men også en hydroxylgruppe;
• recovery - omdannet til polyvalente alkoholer.

2. Molekylet indeholder også hydroxylgrupper, som afspejler strukturen. Kulhydrategenskaber påvirket af grupperingsdata:

• evne til alkylering - dannelse af ethere;
• acylering - dannelse af estere;
• kvalitativ reaktion for kobber(II)hydroxid.

3. Meget specifikke egenskaber ved glucose:

• butyric;
• alkohol;
• mælkesyregæring.

Funktioner udført i kroppen

Strukturen og funktionen af kulhydrater i monose-serien er tæt beslægtede. Sidstnævnte består først og fremmest i deltagelse i levende organismers biokemiske reaktioner. Hvilken rolle spiller monosaccharider i dette?

1. Basis for produktion af oligo- og polysaccharider.
2. Pentoser (ribose og deoxyribose) er de vigtigste molekyler involveret i dannelsen af ATP, RNA, DNA. Og de er til gengæld hovedleverandørerne af arvemateriale, energi og protein.
3. Koncentrationen af glukose i menneskeligt blod er en sand indikator for osmotisk tryk og dets ændringer.

Oligosaccharider: struktur

Strukturen af kulhydrater i denne gruppe er reduceret til tilstedeværelsen af to (dioser) eller tre (trioser) molekyler af monosaccharider i sammensætningen. Der er også dem, der inkluderer 4, 5 eller flere strukturer (op til 10), men de mest almindelige er disaccharider. Det vil sige under hydrolyseforbindelser nedbrydes til glukose, fruktose, pentose og så videre. Hvilke forbindelser falder ind under denne kategori? Et typisk eksempel er saccharose (almindeligt rørsukker), lactose (hovedbestanddelen af mælk), m altose, lactulose, isom altose.

Den kemiske struktur af kulhydrater i denne serie har følgende egenskaber:

1. Generel molekylær artsformel: C₁₂H₂₂O_11.
2. To identiske eller forskellige monoserester i disaccharidstrukturen er forbundet med hinanden ved hjælp af en glykosidbro. Arten af denne forbindelse vil bestemme sukkerets reducerende evne.
3. Reduktion af disaccharider. Strukturen af kulhydrater af denne type består i dannelsen af en glykosidbro mellem aldehydets hydroxyl og hydroxylgrupperne i forskellige monos-molekyler. Disse omfatter: m altose, laktose og så videre.
4. Ikke-reducerende - et typisk eksempel på saccharose - når der dannes en bro mellem hydroxylerne af kun de tilsvarende grupper, uden deltagelse af aldehydstrukturen.

Således kan strukturen af kulhydrater kort repræsenteres som en molekylær formel. Hvis en detaljeret detaljeret struktur er nødvendig, kan den afbildes ved hjælp af Fishers grafiske projektioner eller Haworths formler. Specifikt er to cykliske monomerer (monoser) enten forskellige eller identiske (afhængigt af oligosaccharidet), forbundet med en glykosidbro. Når du bygger, bør gendannelsesevnen tages i betragtning for at vise forbindelsen korrekt.

Eksempler på disaccharidmolekyler

Hvis opgaven har formen: "Bemærk kulhydraternes strukturelle træk", så for disaccharider er det bedst først at angive, hvilke monoserester den består af. De mest almindelige typer er:

• saccharose - bygget af alfa-glukose og beta-fructose;
• m altose - fra glucoserester;
• cellobiose - består af to beta-glucoserester i D-form;
• lactose - galactose + glucose;
• lactulose - galactose + fruktose og så videre.

Derefter bør der, i henhold til de tilgængelige rester, udarbejdes en strukturel formel med en klar indikation af typen af glykosidbro.

Betydning for levende organismer

Disakkaridernes rolle er også meget vigtig, ikke kun strukturen er vigtig. Funktionerne af kulhydrater og fedt er generelt ens. Grundlaget er energikomponenten. For nogle individuelle disaccharider bør deres specifikke betydning dog gives.

1. Saccharose er hovedkilden til glukose i den menneskelige krop.
2. Laktose findes i modermælken hos pattedyr, inklusive op til 8 % i kvindemælk.
3. Lactulose opnås i et laboratorium til medicinsk brug og tilsættes mejeriprodukter.

Ethvert disaccharid, trisaccharid og så videre i den menneskelige krop og andre skabninger gennemgår øjeblikkelig hydrolyse for at danne monoser. Det er denne egenskab, der ligger til grund for brugen af denne klasse af kulhydrater af mennesker i deres rå, uændrede form (roer eller rørsukker).

Polysaccharider: træk ved molekyler

Funktionerne, sammensætningen og strukturen af kulhydrater i denne serie er af stor betydning for organismer af levende væsener såvel som for menneskelig økonomisk aktivitet. Først bør du finde ud af, hvilke kulhydrater der er polysaccharider.

Der er mange af dem:

• stivelse;
• glykogen;
• murein;
• glucomannan;
• cellulose;
• dextrin;
• galactomannan;
• muromin;
• pektiske stoffer;
• amylose;
• kitin.

Dette er ikke en komplet liste, men kun den mest betydningsfulde for dyr og planter. Hvis du udfører opgaven "Marker de strukturelle træk ved kulhydrater af en række polysaccharider", så skal du først og fremmest være opmærksom på deres rumlige struktur. Disse er meget voluminøse, gigantiske molekyler, der består af hundredvis af monomerenheder tværbundet af glykosidiske kemiske bindinger. Ofte er strukturen af polysaccharidkulhydratmolekyler en lagdelt sammensætning.

Der er en vis klassificering af sådanne molekyler.

1. Homopolysaccharider - består af de samme gentagne gentagne enheder af monosaccharider. Afhængigt af monoserne kan de være hexoser, pentoser og så videre (glucaner, mannaner, galactaner).
2. Heteropolysaccharider - dannet af forskellige monomerenheder.

Forbindelser med en lineær rumlig struktur bør f.eks. omfatte cellulose. De fleste polysaccharider har en forgrenet struktur - stivelse, glykogen, kitin og så videre.

Rolle i levende væseners krop

Strukturen og funktionerne af denne gruppe af kulhydrater er tæt forbundet med alle skabningers vitale aktivitet. Så for eksempel planter i form af et reservenæringsstof akkumulerer stivelse i forskellige dele af skuddet eller roden. Dyrenes vigtigste energikilde er igen polysaccharider, hvis nedbrydning producerer ret meget energi.

Kulhydrater spiller en meget væsentlig rolle i cellens struktur. Dækket af mange insekter og krebsdyr består af kitin, murein er en bestanddel af bakteriecellevæggen, cellulose er grundlaget for planter.

Reservenæringsstoffet af animalsk oprindelse er glykogenmolekyler eller, som det mere almindeligt kaldes, animalsk fedt. Det er lagret i separate dele af kroppen og udfører ikke kun en energi, men også en beskyttende funktion mod mekaniske påvirkninger.

For de fleste organismer er strukturen af kulhydrater af stor betydning. Biologien af ethvert dyr og plante er sådan, at det kræver en konstant energikilde, uudtømmelig. Og kun de kan give dette, og mest af alt i form af polysaccharider. Så den fuldstændige nedbrydning af 1 g kulhydrat som et resultat af metaboliske processer fører til frigivelse af 4,1 kcal energi! Dette er maksimum, ingen flere forbindelser. Derfor skal kulhydrater være til stede i kosten for enhver person og dyr. Planter derimod passer på sig selv: I fotosynteseprocessen danner de stivelse inde i sig selv og lagrer den.

Kulhydraters generelle egenskaber

Strukturen af fedt, proteiner og kulhydratergenerelt ens. De er trods alt alle makromolekyler. Selv nogle af deres funktioner er af fælles karakter. Rollen og betydningen af alle kulhydrater i livet for planetens biomasse bør opsummeres.

1. Sammensætningen og strukturen af kulhydrater indebærer, at de bruges som byggemateriale til skallen af planteceller, dyre- og bakteriemembraner, samt dannelsen af intracellulære organeller.
2. Beskyttende funktion. Det er karakteristisk for planteorganismer og viser sig i dannelsen af torne, rygsøjler og så videre.
3. Plastisk rolle - dannelsen af vitale molekyler (DNA, RNA, ATP og andre).
4. Receptorfunktion. Polysaccharider og oligosaccharider er aktive deltagere i transportoverførsler gennem cellemembranen, "vagter", der fanger effekter.
5. Energirollen er den vigtigste. Giver maksimal energi til alle intracellulære processer, såvel som hele organismens arbejde som helhed.
6. Regulering af osmotisk tryk - glukose styrer dette.
7. Nogle polysaccharider bliver et reservenæringsstof, en energikilde for dyrevæsener.

Det er således indlysende, at strukturen af fedtstoffer, proteiner og kulhydrater, deres funktioner og rolle i organismerne i levende systemer er af afgørende og afgørende betydning. Disse molekyler er livets skabere, de bevarer og understøtter det også.

Kulhydrater med andre makromolekylære forbindelser

Kaldet er også kulhydraternes rolle, ikke i deres rene form, men i kombination med andre molekyler. Disse omfatter de mest almindeligesynes godt om:

• glycosaminoglycaner eller mucopolysaccharider;
• glykoproteiner.

Strukturen og egenskaberne af kulhydrater af denne type er ret komplekse, fordi en række funktionelle grupper er kombineret til et kompleks. Hovedrollen for molekyler af denne type er deltagelse i mange organismers livsprocesser. Repræsentanter er: hyaluronsyre, chondroitinsulfat, heparan, keratansulfat og andre.

Der er også komplekser af polysaccharider med andre biologisk aktive molekyler. For eksempel glycoproteiner eller lipopolysaccharider. Deres eksistens er vigtig for dannelsen af kroppens immunologiske reaktioner, da de er en del af cellerne i lymfesystemet.