خواص و ساختار کربوهیدرات ها. عملکرد کربوهیدرات ها

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

برای بدن انسان و همچنین سایر موجودات زنده انرژی مورد نیاز است. بدون آن، هیچ فرآیندی نمی تواند انجام شود. به هر حال، هر واکنش بیوشیمیایی، هر فرآیند آنزیمی یا مرحله متابولیسم به یک منبع انرژی نیاز دارد.

بنابراین اهمیت موادی که بدن را برای زندگی نیرو می بخشند بسیار زیاد و مهم است. این مواد چیست؟ کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها. ساختار هر یک از آنها متفاوت است، آنها به کلاس های کاملاً متفاوتی از ترکیبات شیمیایی تعلق دارند، اما یکی از عملکردهای آنها مشابه است - تامین انرژی لازم برای زندگی به بدن. یک گروه از مواد ذکر شده - کربوهیدرات ها را در نظر بگیرید.

طبقه بندی کربوهیدرات ها

ترکیب و ساختار کربوهیدرات ها از زمان کشف آنها با نام آنها مشخص شد. در واقع، طبق منابع اولیه، اعتقاد بر این بود که این گروهی از ترکیبات است که در ساختار آن اتم‌های کربن مرتبط با مولکول‌های آب وجود دارد.

تجزیه و تحلیل دقیق تر و همچنین اطلاعات انباشته شده در مورد تنوع این مواد باعث شد ثابت شود که همه نمایندگان فقط چنین ترکیبی ندارند. با این حالاین ویژگی هنوز یکی از آنهایی است که ساختار کربوهیدرات ها را تعیین می کند.

طبقه بندی مدرن این گروه از ترکیبات به شرح زیر است:

1. مونوساکاریدها (ریبوز، فروکتوز، گلوکز، و غیره).
2. الیگوساکاریدها (بیوزها، تریوزها).
3. پلی ساکاریدها (نشاسته، سلولز).

همچنین، تمام کربوهیدرات ها را می توان به دو گروه بزرگ زیر تقسیم کرد:

• بازیابی;
• غیر ترمیمی.

ساختار مولکول های کربوهیدرات هر گروه با جزئیات بیشتری در نظر گرفته خواهد شد.

مونوساکاریدها: خصوصیات

این دسته شامل تمام کربوهیدرات های ساده ای می شود که حاوی یک گروه آلدهید (آلدوز) یا کتون (کتوز) هستند و بیش از 10 اتم کربن در ساختار زنجیره ندارند. اگر به تعداد اتم های زنجیره اصلی نگاه کنید، مونوساکاریدها را می توان به:

تقسیم کرد.

• تریوزها (گلیسرآلدئید)؛
• تتروز (اریترولوز، اریتروز)؛
• پنتوزها (ریبوز و دئوکسی ریبوز)؛
• هگزوزها (گلوکز، فروکتوز).

همه نمایندگان دیگر به اندازه موارد ذکر شده برای بدن مهم نیستند.

ویژگی‌های ساختار مولکول‌ها

مونوزها با توجه به ساختارشان می توانند هم به صورت زنجیره ای و هم به صورت کربوهیدرات حلقوی ارائه شوند. چگونه این اتفاق می افتد؟ مسئله این است که اتم کربن مرکزی در ترکیب یک مرکز نامتقارن است که مولکول موجود در محلول می تواند به دور آن بچرخد. اینگونه است که ایزومرهای نوری مونوساکاریدهای L و D شکل تشکیل می‌شوند. که در آنفرمول گلوکز، که به شکل یک زنجیره مستقیم نوشته شده است، می تواند به صورت ذهنی توسط گروه آلدهید (یا کتون) درک شود و به شکل یک توپ در بیاید. فرمول چرخه ای مربوطه به دست خواهد آمد.

ساختار شیمیایی کربوهیدرات های سری مونوز بسیار ساده است: تعدادی اتم کربن که یک زنجیره یا چرخه را تشکیل می دهند که از هر کدام گروه های هیدروکسیل و اتم های هیدروژن در سمت های مختلف یا در یک طرف قرار دارند. اگر تمام ساختارهای همنام در یک طرف باشند، یک ایزومر D و اگر با تناوب یکدیگر متفاوت باشند، یک ایزومر L تشکیل می شود. اگر فرمول کلی رایج ترین نماینده مونوساکاریدهای گلوکز را به شکل مولکولی بنویسیم، به نظر می رسد: _{. علاوه بر این، این رکورد ساختار فروکتوز را نیز منعکس می کند. به هر حال، از نظر شیمیایی، این دو مونوز ایزومرهای ساختاری هستند. گلوکز یک الکل آلدهید است، فروکتوز یک الکل کتو است.}

ساختار و خواص کربوهیدرات های تعدادی از مونوساکاریدها ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. در واقع به دلیل وجود گروه‌های آلدهید و کتون در ترکیب ساختار، به آلدهید و کتو الکل‌ها تعلق دارند که ماهیت شیمیایی آنها و واکنش‌هایی را که می‌توانند در آن وارد شوند، تعیین می‌کند.

بنابراین، گلوکز خواص شیمیایی زیر را نشان می دهد:

1. واکنش های ناشی از حضور یک گروه کربونیل:

• اکسیداسیون - واکنش "آینه نقره ای"؛
• با هیدروکسید مس (II) تازه رسوب داده شده - اسید آلدونیک؛
• عوامل اکسید کننده قوی قادر به تشکیل اسیدهای دوبازیک (آلداریک) هستند که نه تنها آلدهید، بلکه یک گروه هیدروکسیل را نیز تبدیل می کنند.
• بازیابی - تبدیل به الکل های چند هیدرولیکی.

2. این مولکول همچنین حاوی گروه های هیدروکسیل است که ساختار را منعکس می کند. خواص کربوهیدرات تحت تاثیر گروه بندی داده ها:

• قابلیت آلکیله کردن - تشکیل اترها؛
• آسیلاسیون - تشکیل استرها؛
• واکنش کیفی برای هیدروکسید مس (II).

3. خواص بسیار ویژه گلوکز:

• butyric;
• الکل؛
• تخمیر اسیدلاکتیک.

عملکردهای انجام شده در بدن

ساختار و عملکرد کربوهیدرات های سری مونوزها ارتباط نزدیکی با هم دارند. مورد دوم، اول از همه، شامل مشارکت در واکنش های بیوشیمیایی موجودات زنده است. مونوساکاریدها در این مورد چه نقشی دارند؟

1. اساسی برای تولید الیگو و پلی ساکاریدها.
2. پنتوزها (ریبوز و دئوکسی ریبوز) مهم ترین مولکول هایی هستند که در تشکیل ATP، RNA، DNA نقش دارند. و آنها به نوبه خود تامین کنندگان اصلی مواد ارثی، انرژی و پروتئین هستند.
3. غلظت گلوکز در خون انسان نشانگر واقعی فشار اسمزی و تغییرات آن است.

الیگوساکاریدها: ساختار

ساختار کربوهیدرات های این گروه به حضور دو (دیوز) یا سه (تریوز) مولکول مونوساکارید در ترکیب کاهش می یابد. همچنین مواردی وجود دارند که شامل 4، 5 یا بیشتر ساختار هستند (تا 10)، اما رایج ترین آنها دی ساکاریدها هستند. یعنی در حین هیدرولیزترکیبات تجزیه می شوند و گلوکز، فروکتوز، پنتوز و غیره را تشکیل می دهند. چه ترکیباتی در این دسته قرار می گیرند؟ یک مثال معمولی ساکارز (قند نیشکر معمولی)، لاکتوز (جزء اصلی شیر)، مالتوز، لاکتولوز، ایزومالتوز است.

ساختار شیمیایی کربوهیدرات های این سری دارای ویژگی های زیر است:

1. فرمول گونه‌های مولکولی عمومی: C₁₂H₂₂O_11.
2. دو باقی مانده مونوز یکسان یا متفاوت در ساختار دی ساکارید با استفاده از یک پل گلیکوزیدی به یکدیگر متصل می شوند. ماهیت این ترکیب تعیین کننده توانایی کاهش قند است.
3. کاهش دی ساکاریدها. ساختار کربوهیدرات های این نوع شامل تشکیل یک پل گلیکوزیدی بین هیدروکسیل گروه های آلدهید و هیدروکسیل مولکول های مختلف مونو است. اینها عبارتند از: مالتوز، لاکتوز، و غیره.
4. غیر احیا - یک مثال معمولی از ساکارز - زمانی که پلی بین هیدروکسیل‌های تنها گروه‌های مربوطه، بدون مشارکت ساختار آلدئیدی تشکیل می‌شود.

بنابراین، ساختار کربوهیدرات ها را می توان به طور خلاصه به عنوان یک فرمول مولکولی نشان داد. اگر به یک ساختار دقیق و دقیق نیاز باشد، می توان آن را با استفاده از پیش بینی های گرافیکی فیشر یا فرمول های هاورث به تصویر کشید. به طور خاص، دو مونومر حلقوی (مونوز) یا متفاوت یا یکسان هستند (بسته به الیگوساکارید)، که توسط یک پل گلیکوزیدی به هم مرتبط هستند. هنگام ساخت، توانایی بازیابی باید برای نمایش صحیح اتصال در نظر گرفته شود.

نمونه هایی از مولکول های دی ساکارید

اگر کار به این شکل است: "به ویژگی های ساختاری کربوهیدرات ها توجه کنید"، برای دی ساکاریدها بهتر است ابتدا مشخص کنید که از چه بقایای مونووز تشکیل شده است. رایج ترین انواع عبارتند از:

• ساکارز - ساخته شده از آلفا گلوکز و بتا فروکتوز؛
• مالتوز - از باقی مانده های گلوکز؛
• سلوبیوز - از دو بقایای بتا گلوکز شکل D تشکیل شده است؛
• لاکتوز - گالاکتوز + گلوکز؛
• لاکتولوز - گالاکتوز + فروکتوز و غیره.

سپس، با توجه به باقیمانده های موجود، فرمول ساختاری باید با نشانه ای واضح از نوع پل گلیکوزیدی تهیه شود.

اهمیت برای موجودات زنده

نقش دی ساکاریدها نیز بسیار مهم است، نه تنها ساختار آن مهم است. عملکرد کربوهیدرات ها و چربی ها به طور کلی مشابه است. اساس جزء انرژی است. با این حال، برای برخی از دی ساکاریدهای منفرد، معنای خاص آنها باید ذکر شود.

1. ساکارز منبع اصلی گلوکز در بدن انسان است.
2. لاکتوز در شیر مادر پستانداران یافت می شود، از جمله تا 8٪ در شیر زنان.
3. لاکتولوز در آزمایشگاه برای مصارف پزشکی به دست می آید و به محصولات لبنی اضافه می شود.

هر دی ساکارید، تری ساکارید و غیره در بدن انسان و سایر موجودات تحت هیدرولیز فوری قرار می گیرد تا مونوزها تشکیل شود. این ویژگی است که زمینه ساز استفاده انسان از این دسته از کربوهیدرات ها به شکل خام و بدون تغییر (چغندر یا نیشکر) است.

پلی ساکاریدها: ویژگی‌های مولکول‌ها

عملکرد، ترکیب و ساختار کربوهیدرات های این سری برای موجودات زنده و همچنین برای فعالیت اقتصادی انسان از اهمیت بالایی برخوردار است. ابتدا باید بفهمید که کدام کربوهیدرات ها پلی ساکارید هستند.

تعداد زیادی از آنها وجود دارد:

• نشاسته;
• گلیکوژن؛
• murein;
• گلوکومانان;
• سلولز;
• دکسترین؛
• galactomannan;
• مورومین;
• مواد پکتیک؛
• آمیلوز;
• کیتین.

این فهرست کاملی نیست، بلکه مهم‌ترین فهرست برای حیوانات و گیاهان است. اگر کار "ویژگی های ساختاری کربوهیدرات های تعدادی از پلی ساکاریدها را علامت گذاری کنید"، ابتدا باید به ساختار فضایی آنها توجه کنید. اینها مولکولهای بسیار حجیم و غول پیکری هستند که از صدها واحد مونومر تشکیل شده اند که توسط پیوندهای شیمیایی گلیکوزیدی به هم متصل شده اند. اغلب ساختار مولکول های کربوهیدرات پلی ساکارید یک ترکیب لایه ای است.

طبقه بندی خاصی از این گونه مولکول ها وجود دارد.

1. هوموپلی ساکاریدها - از واحدهای تکرار شونده یکسانی از مونوساکاریدها تشکیل شده است. بسته به مونوزها، آنها می توانند هگزوز، پنتوز و غیره باشند (گلوکان، مانان، گالاکتان).
2. هتروپلی ساکاریدها - توسط واحدهای مونومر مختلف تشکیل می شوند.

ترکیبات با ساختار فضایی خطی باید شامل سلولز باشد. اکثر پلی ساکاریدها دارای ساختار شاخه ای هستند - نشاسته، گلیکوژن، کیتین و غیره.

نقش در بدن موجودات زنده

ساختار و عملکرد این گروه از کربوهیدرات ها ارتباط نزدیکی با فعالیت حیاتی همه موجودات دارد. بنابراین، به عنوان مثال، گیاهان به شکل یک ماده غذایی ذخیره، نشاسته را در قسمت های مختلف ساقه یا ریشه جمع می کنند. منبع اصلی انرژی برای حیوانات دوباره پلی ساکاریدها هستند که تجزیه آنها انرژی بسیار زیادی تولید می کند.

کربوهیدرات ها نقش بسیار مهمی در ساختار سلول دارند. پوشش بسیاری از حشرات و سخت پوستان از کیتین تشکیل شده است، مورئین جزء دیواره سلولی باکتری است، سلولز اساس گیاهان است.

ماده مغذی ذخیره با منشاء حیوانی مولکول های گلیکوژن یا، به طور معمول، چربی حیوانی است. در قسمت‌های جداگانه بدن ذخیره می‌شود و نه تنها یک انرژی، بلکه یک عملکرد محافظتی در برابر تأثیرات مکانیکی نیز انجام می‌دهد.

برای اکثر موجودات، ساختار کربوهیدرات ها از اهمیت زیادی برخوردار است. زیست شناسی هر حیوان و گیاهی به گونه ای است که به یک منبع انرژی ثابت و تمام نشدنی نیاز دارد. و فقط آنها می توانند این را بدهند و بیشتر از همه به شکل پلی ساکارید. بنابراین، تجزیه کامل 1 گرم کربوهیدرات در نتیجه فرآیندهای متابولیک منجر به آزاد شدن 4.1 کیلو کالری انرژی می شود! این حداکثر است، بدون اتصال دیگر. به همین دلیل است که کربوهیدرات ها باید در رژیم غذایی هر شخص و حیوانی وجود داشته باشد. از طرف دیگر گیاهان از خود مراقبت می کنند: در فرآیند فتوسنتز، نشاسته را در داخل خود تشکیل می دهند و آن را ذخیره می کنند.

خواص عمومی کربوهیدرات

ساختار چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات هابه طور کلی مشابه به هر حال، همه آنها ماکرومولکول هستند. حتی برخی از عملکردهای آنها ماهیت مشترکی دارند. نقش و اهمیت همه کربوهیدرات ها در زندگی زیست توده سیاره باید خلاصه شود.

1. ترکیب و ساختار کربوهیدرات ها مستلزم استفاده از آنها به عنوان ماده ساختمانی برای پوسته سلول های گیاهی، غشاهای جانوری و باکتریایی و همچنین تشکیل اندامک های درون سلولی است.
2. عملکرد محافظتی. مشخصه موجودات گیاهی است و خود را به شکل خار، خار و … نشان می دهد.
3. نقش پلاستیک - تشکیل مولکول های حیاتی (DNA، RNA، ATP و دیگران).
4. عملکرد گیرنده. پلی ساکاریدها و الیگوساکاریدها شرکت کنندگان فعالی در انتقال انتقال از طریق غشای سلولی هستند، "نگهبان"هایی که اثرات را ثبت می کنند.
5. نقش انرژی مهم ترین است. حداکثر انرژی را برای تمام فرآیندهای درون سلولی و همچنین کار کل ارگانیسم به عنوان یک کل فراهم می کند.
6. تنظیم فشار اسمزی - گلوکز این را کنترل می کند.
7. برخی پلی ساکاریدها تبدیل به یک ماده مغذی ذخیره و منبع انرژی برای موجودات حیوانی می شوند.

بنابراین بدیهی است که ساختار چربی‌ها، پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها، عملکرد و نقش آن‌ها در ارگانیسم‌های سیستم‌های زنده از اهمیت تعیین‌کننده و تعیین‌کننده‌ای برخوردار است. این مولکول ها خالق زندگی هستند، همچنین آن را حفظ و پشتیبانی می کنند.

کربوهیدرات با سایر ترکیبات ماکرومولکولی

همچنین نقش کربوهیدرات ها نه به شکل خالص، بلکه در ترکیب با مولکول های دیگر شناخته شده است. اینها شامل رایج ترین هستندمانند:

• گلیکوزآمینوگلیکان یا موکوپلی ساکارید؛
• گلیکوپروتئین.

ساختار و خواص کربوهیدرات‌های این نوع کاملاً پیچیده است، زیرا انواع گروه‌های عاملی در یک مجتمع ترکیب می‌شوند. نقش اصلی مولکول های این نوع مشارکت در بسیاری از فرآیندهای زندگی موجودات است. نمایندگان عبارتند از: اسید هیالورونیک، کندرویتین سولفات، هپاران، کراتان سولفات و دیگران.

همچنین مجتمع هایی از پلی ساکاریدها با سایر مولکول های فعال بیولوژیکی وجود دارد. به عنوان مثال، گلیکوپروتئین ها یا لیپوپلی ساکاریدها. وجود آنها در شکل گیری واکنش های ایمنی بدن مهم است، زیرا آنها بخشی از سلول های سیستم لنفاوی هستند.