Karbonhidratların özellikleri ve yapısı. Karbonhidratların işlevleri

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

İnsan vücudu için olduğu kadar diğer canlılar için de enerjiye ihtiyaç vardır. Onsuz, hiçbir süreç gerçekleşemez. Sonuçta, her biyokimyasal reaksiyon, her enzimatik süreç veya metabolizma aşaması bir enerji kaynağına ihtiyaç duyar.

Bu nedenle vücuda yaşam gücü sağlayan maddelerin önemi çok büyük ve önemlidir. Bu maddeler nelerdir? Karbonhidratlar, proteinler, yağlar. Her birinin yapısı farklıdır, tamamen farklı kimyasal bileşik sınıflarına aittirler, ancak işlevlerinden biri benzerdir - vücuda yaşam için gerekli enerjiyi sağlamak. Listelenen maddelerden bir grup düşünün - karbonhidratlar.

Karbonhidratların sınıflandırılması

Karbonhidratların keşfinden bu yana bileşimi ve yapısı isimleriyle belirlendi. Nitekim ilk kaynaklara göre bunun yapısında su molekülleri ile ilişkili karbon atomlarının bulunduğu bir bileşik grubu olduğuna inanılıyordu.

Daha kapsamlı bir analiz ve bu maddelerin çeşitliliği hakkında biriken bilgiler, tüm temsilcilerin yalnızca böyle bir bileşime sahip olmadığını kanıtlamayı mümkün kıldı. Yine debu özellik hala karbonhidratların yapısını belirleyen özelliklerden biridir.

Bu bileşik grubunun modern sınıflandırması aşağıdaki gibidir:

1. Monosakaritler (riboz, fruktoz, glikoz, vb.).
2. Oligosakkaritler (biyozlar, triozlar).
3. Polisakaritler (nişasta, selüloz).

Ayrıca, tüm karbonhidratlar aşağıdaki iki büyük gruba ayrılabilir:

• geri yükleme;
• onarıcı değildir.

Her grubun karbonhidrat moleküllerinin yapısı daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır.

Monosakkaritler: özellikler

Bu kategori, zincir yapısında bir aldehit (aldoz) veya keton (ketoz) grubu ve en fazla 10 karbon atomu içeren tüm basit karbonhidratları içerir. Ana zincirdeki atom sayısına bakarsanız, monosakkaritler şu şekilde ayrılabilir:

• triozlar (gliseraldehit);
• tetrozlar (eritrüloz, eritroz);
• pentozlar (riboz ve deoksiriboz);
• heksozlar (glikoz, fruktoz).

Diğer tüm temsilciler vücut için listelenenler kadar önemli değildir.

Moleküllerin yapısının özellikleri

Yapılarına göre monozlar hem zincir şeklinde hem de siklik karbonhidrat şeklinde sunulabilir. Bu nasıl olur? Mesele şu ki, bileşikteki merkezi karbon atomu, çözelti içindeki molekülün etrafında dönebildiği asimetrik bir merkezdir. L- ve D-form monosakkaritlerin optik izomerleri bu şekilde oluşur. nerededüz zincir şeklinde yazılan glikoz formülü, aldehit grubu (veya keton) tarafından zihinsel olarak kavranabilir ve bir top haline getirilebilir. Karşılık gelen döngüsel formül elde edilecektir.

Monoz serisi karbonhidratların kimyasal yapısı oldukça basittir: bir zincir veya döngü oluşturan bir dizi karbon atomu, her birinden hidroksil grupları ve hidrojen atomları farklı veya aynı tarafta bulunur. Aynı isme sahip tüm yapılar bir tarafta ise D-izomeri, birbirini takip ederek farklı ise L-izomeri oluşur. Glikoz monosakaritlerinin en yaygın temsilcisinin genel formülünü moleküler biçimde yazarsak, şöyle görünecektir: _{. Üstelik bu kayıt fruktozun yapısını da yansıtıyor. Sonuçta, kimyasal olarak bu iki monoz yapısal izomerlerdir. Glikoz bir aldehit alkoldür, fruktoz bir keto alkoldür.}

Birkaç monosakkaritin karbonhidratlarının yapısı ve özellikleri birbiriyle yakından ilişkilidir. Nitekim yapının bileşiminde aldehit ve keton gruplarının bulunması nedeniyle, kimyasal yapılarını ve girebildikleri reaksiyonları belirleyen aldehit ve keto alkollere aittirler.

Böylece glikoz aşağıdaki kimyasal özellikleri sergiler:

1. Bir karbonil grubunun varlığından kaynaklanan reaksiyonlar:

• oksidasyon - "gümüş ayna" reaksiyonu;
• taze çökeltilmiş bakır (II) hidroksit - aldonik asit ile;
• güçlü oksitleyici ajanlar dibazik asitler (aldarik) oluşturabilir, bu da sadece aldehiti değil, aynı zamanda bir hidroksil grubunu da dönüştürür;
• recovery - polihidrik alkollere dönüştürülür.

2. Molekül ayrıca yapıyı yansıtan hidroksil grupları içerir. Verilerin gruplandırılmasından etkilenen karbonhidrat özellikleri:

• alkilleme yeteneği - eterlerin oluşumu;
• asilasyon - ester oluşumu;
• bakır (II) hidroksit için kalitatif reaksiyon.

3. Glikozun son derece spesifik özellikleri:

• bütirik;
• alkol;
• laktik asit fermantasyonu.

Vücutta gerçekleştirilen işlevler

Monoses serisinin karbonhidratlarının yapısı ve işlevi yakından ilişkilidir. İkincisi, her şeyden önce, canlı organizmaların biyokimyasal reaksiyonlarına katılımdan oluşur. Monosakaritler bunda nasıl bir rol oynuyor?

1. Oligo ve polisakkaritlerin üretimi için temel.
2. Pentozlar (riboz ve deoksiriboz) ATP, RNA, DNA oluşumunda rol oynayan en önemli moleküllerdir. Ve sırayla, kalıtsal materyal, enerji ve proteinin ana tedarikçileridir.
3. İnsan kanındaki glikoz konsantrasyonu, ozmotik basıncın ve değişikliklerinin gerçek bir göstergesidir.

Oligosakkaritler: yapı

Bu grubun karbonhidratlarının yapısı, bileşimde iki (dioz) veya üç (trioz) monosakkarit molekülünün varlığına indirgenir. 4, 5 veya daha fazla yapı (10'a kadar) içerenler de vardır, ancak en yaygın olanı disakkaritlerdir. Yani hidroliz sırasındabileşikler glikoz, fruktoz, pentoz vb. oluşturmak üzere parçalanır. Hangi bileşikler bu kategoriye girer? Tipik bir örnek sakaroz (adi şeker kamışı), laktoz (sütün ana bileşeni), m altoz, laktuloz, izom altozdur.

Bu serideki karbonhidratların kimyasal yapısı aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Genel moleküler tür formülü: C₁₂H₂₂O_11.
2. Disakkarit yapısındaki iki özdeş veya farklı monoz tortusu, bir glikosidik köprü kullanılarak birbirine bağlanır. Bu bileşiğin doğası, şekerin indirgeme kabiliyetini belirleyecektir.
3. Disakkaritleri az altmak. Bu tip karbonhidratların yapısı, aldehitin hidroksili ile farklı monos moleküllerinin hidroksil grupları arasında bir glikozidik köprü oluşumundan oluşur. Bunlar şunları içerir: m altoz, laktoz vb.
4. İndirgeyici olmayan - tipik bir sakaroz örneği - aldehit yapısının katılımı olmadan sadece karşılık gelen grupların hidroksilleri arasında bir köprü oluşturulduğunda.

Böylece karbonhidratların yapısı kısaca moleküler bir formül olarak temsil edilebilir. Ayrıntılı ayrıntılı bir yapıya ihtiyaç duyulursa, Fisher'in grafik projeksiyonları veya Haworth'un formülleri kullanılarak tasvir edilebilir. Spesifik olarak, iki siklik monomer (monoz) ya farklıdır ya da aynıdır (oligosakkarite bağlı olarak), bir glikosidik köprü ile birbirine bağlıdır. İnşa ederken, bağlantıyı doğru bir şekilde görüntülemek için geri yükleme yeteneği dikkate alınmalıdır.

Disakkarit molekül örnekleri

Görev şu şekildeyse: "Karbonhidratların yapısal özelliklerine dikkat edin", o zaman disakkaritler için önce hangi monoz kalıntılarından oluştuğunu belirtmek en iyisidir. En yaygın türler şunlardır:

• sükroz - alfa-glikoz ve beta-fruktozdan yapılmıştır;
• m altoz - glikoz kalıntılarından;
• cellobiose - iki D-form beta-glukoz kalıntısından oluşur;
• laktoz - galaktoz + glikoz;
• laktuloz - galaktoz + fruktoz vb.

Ardından, mevcut kalıntılara göre, glikozidik köprü tipinin açık bir göstergesi olan bir yapısal formül oluşturulmalıdır.

Canlı organizmalar için önemi

Disakkaritlerin rolü de çok önemlidir, sadece yapı önemli değildir. Karbonhidrat ve yağların işlevleri genellikle benzerdir. Temel, enerji bileşenidir. Ancak, bazı bireysel disakkaritler için özel anlamları verilmelidir.

1. Sukroz, insan vücudundaki ana glikoz kaynağıdır.
2. Laktoz, anne sütünde %8'e kadar olmak üzere, memelilerin anne sütünde bulunur.
3. Lactulose, tıbbi kullanım için bir laboratuvarda elde edilir ve süt ürünlerine eklenir.

İnsan vücudundaki ve diğer canlılardaki herhangi bir disakkarit, trisakkarit ve benzeri, monozlar oluşturmak için anında hidrolize uğrar. Bu karbonhidrat sınıfının insanlar tarafından ham, değişmemiş formlarında (pancar veya şeker kamışı) kullanımının altında yatan bu özelliktir.

Polisakaritler: moleküllerin özellikleri

Bu serideki karbonhidratların işlevleri, bileşimi ve yapısı, canlı organizmaların yanı sıra insan ekonomik faaliyeti için büyük önem taşımaktadır. İlk olarak, hangi karbonhidratların polisakkarit olduğunu bulmalısın.

Birçoğu var:

• nişasta;
• glikojen;
• murein;
• glukomannan;
• selüloz;
• dekstrin;
• galaktomannan;
• muromin;
• pektik maddeler;
• amiloz;
• chitin.

Bu tam bir liste değil, sadece hayvanlar ve bitkiler için en önemli olanıdır. "Bir dizi polisakkaritin karbonhidratlarının yapısal özelliklerini işaretleyin" görevini gerçekleştirirseniz, her şeyden önce mekansal yapılarına dikkat etmelisiniz. Bunlar, glikozidik kimyasal bağlarla çapraz bağlanmış yüzlerce monomer biriminden oluşan çok hacimli, devasa moleküllerdir. Genellikle polisakkarit karbonhidrat moleküllerinin yapısı katmanlı bir bileşimdir.

Bu tür moleküllerin belirli bir sınıflandırması vardır.

1. Homopolisakkaritler - monosakkaritlerin tekrar eden aynı birimlerinden oluşur. Monozlara bağlı olarak heksozlar, pentozlar vb. (glukanlar, mannanlar, galaktanlar) olabilirler.
2. Heteropolisakkaritler - farklı monomer birimlerinden oluşur.

Doğrusal bir uzaysal yapıya sahip bileşikler, örneğin selüloz içermelidir. Çoğu polisakkarit, nişasta, glikojen, kitin vb. gibi dallı bir yapıya sahiptir.

Canlıların vücudundaki rolü

Bu karbonhidrat grubunun yapısı ve işlevleri, tüm canlıların yaşamsal faaliyetleri ile yakından ilişkilidir. Örneğin, yedek besin formundaki bitkiler, nişastayı sürgünün veya kökün farklı kısımlarında biriktirir. Hayvanlar için ana enerji kaynağı yine, parçalanması oldukça fazla enerji üreten polisakkaritlerdir.

Karbonhidratlar hücrenin yapısında çok önemli bir rol oynar. Birçok böcek ve kabukluların örtüsü kitinden oluşur, murein bakteri hücre duvarının bir bileşenidir, selüloz bitkilerin temelidir.

Hayvan kaynaklı rezerv besin maddesi glikojen molekülleridir veya daha yaygın olarak adlandırıldığı gibi hayvansal yağdır. Vücudun ayrı bölümlerinde depolanır ve sadece bir enerji değil, aynı zamanda mekanik etkilere karşı koruyucu bir işlev de gerçekleştirir.

Çoğu organizma için karbonhidratların yapısı büyük önem taşır. Her hayvanın ve bitkinin biyolojisi öyledir ki, tükenmez, sürekli bir enerji kaynağı gerektirir. Ve bunu sadece onlar verebilir ve en önemlisi polisakkaritler şeklindedir. Böylece, metabolik süreçlerin bir sonucu olarak 1 g karbonhidratın tamamen parçalanması, 4.1 kcal enerjinin salınmasına yol açar! Bu maksimum, daha fazla bağlantı yok. Bu nedenle, herhangi bir insan ve hayvanın diyetinde karbonhidratlar bulunmalıdır. Bitkiler ise kendilerine bakarlar: Fotosentez sürecinde nişastayı kendi içlerinde oluştururlar ve depolarlar.

Karbonhidratların genel özellikleri

Yağların, proteinlerin ve karbonhidratların yapısıgenel olarak benzer. Sonuçta, hepsi makromoleküllerdir. Hatta bazı işlevleri ortak niteliktedir. Tüm karbonhidratların gezegenin biyokütlesinin yaşamındaki rolü ve önemi özetlenmelidir.

1. Karbonhidratların bileşimi ve yapısı, bitki hücrelerinin kabuğu, hayvan ve bakteri zarlarının yanı sıra hücre içi organellerin oluşumu için bir yapı malzemesi olarak kullanımlarını ima eder.
2. Koruyucu işlev. Bitki organizmalarının karakteristiğidir ve dikenler, dikenler vb. oluşumunda kendini gösterir.
3. Plastik rolü - hayati moleküllerin (DNA, RNA, ATP ve diğerleri) oluşumu.
4. Alıcı işlevi. Polisakaritler ve oligosakaritler, hücre zarı yoluyla taşıma transferlerinde aktif katılımcılardır, etkileri yakalayan "korucular"dır.
5. Enerji rolü en önemlisidir. Tüm hücre içi süreçlerin yanı sıra tüm organizmanın bir bütün olarak çalışması için maksimum enerji sağlar.
6. Ozmotik basıncın düzenlenmesi - glikoz bunu kontrol eder.
7. Bazı polisakkaritler, hayvan canlıları için yedek bir besin, bir enerji kaynağı haline gelir.

Dolayısıyla, yağların, proteinlerin ve karbonhidratların yapısının, işlevlerinin ve canlı sistemlerin organizmalarındaki rollerinin belirleyici ve belirleyici bir önemi olduğu açıktır. Bu moleküller hayatın yaratıcılarıdır, aynı zamanda onu korur ve desteklerler.

Karbonhidratlar ve diğer makromoleküler bileşikler

Karbonhidratların rolü saf halde değil, diğer moleküllerle kombinasyon halinde de bilinir. Bunlar en yaygın olanları içerirbeğen:

• glikozaminoglikanlar veya mukopolisakkaritler;
• glikoproteinler.

Bu tür karbonhidratların yapısı ve özellikleri oldukça karmaşıktır, çünkü çeşitli fonksiyonel gruplar bir kompleks halinde birleştirilir. Bu tip moleküllerin ana rolü, organizmaların birçok yaşam sürecine katılımdır. Temsilciler şunlardır: hyaluronik asit, kondroitin sülfat, heparan, keratan sülfat ve diğerleri.

Ayrıca diğer biyolojik olarak aktif moleküllerle polisakkarit kompleksleri de vardır. Örneğin, glikoproteinler veya lipopolisakkaritler. Lenfatik sistem hücrelerinin bir parçası olduklarından, vücudun immünolojik reaksiyonlarının oluşumunda onların varlığı önemlidir.