Kemična struktura, klasifikacija in funkcije ogljikovih hidratov

The Ogljikovi hidrati, Ogljikovi hidrati ali saharidi so organske molekule, ki hranijo energijo v živih bitjih. So najpogostejše biomolekule in vključujejo: sladkorje, škrobe in celuloza, med drugimi spojinami, ki jih najdemo v živih organizmih.

Organizmi, ki izvajajo fotosintezo (rastline, alge in nekatere bakterije), so glavni proizvajalci ogljikovih hidratov v naravi. Struktura teh saharidov je lahko linearna ali razvejana, preprosta ali sestavljena in je lahko povezana tudi z biomolekulami drugega razreda.

Na primer, ogljikovi hidrati se lahko pridružijo beljakovinam, da tvorijo glikoproteine. Prav tako so lahko povezani z lipidnimi molekulami in tako tvorijo glikolipide, biomolekule, ki tvorijo strukturo bioloških membran. Ogljikovi hidrati so prisotni tudi v strukturi nukleinskih kislin.

Vsa živa bitja imajo svoje celice pokrite z gosto plastjo zapletenih ogljikovih hidratov. Ogljikove hidrate tvorijo monosaharidi, majhne molekule, ki jih tvorijo tri do devet ogljikovih atomov, združenih v hidroksilne (-OH) skupine, ki se lahko razlikujejo po velikosti in konfiguraciji.

Kemična struktura

Ogljikovi hidrati tvorijo atomi ogljika, vodika in kisika. Večino teh lahko predstavlja empirična formula (CH2O) N, kjer je N število ogljikov v molekuli. Z drugimi besedami, razmerje ogljika, vodika in kisika je 1: 2: 1 pri molekulah ogljikovih hidratov.

Ta formula pojasnjuje izvor izraza "ogljikovi hidrat", saj so komponente ogljikove atomi ("karbo") in vodni atomi (torej "hidrat"). Čeprav ogljikove hidrate v glavnem tvorijo ti trije atomi, obstaja nekaj ogljikovih hidratov z dušikom, fosforjem ali žveplom.

V svoji osnovni obliki so ogljikovi hidrati preprosti ali monosaharidni sladkorji. Te preproste sladkorje lahko kombiniramo med seboj, da tvorimo bolj zapletene ogljikove hidrate.

Kombinacija dveh preprostih sladkorjev je disaharid. Oligosaharidi vsebujejo med dvema do deset preprostimi sladkorji, polisaharidi pa so največji ogljikovi hidrati, ki jih tvori več kot deset monosaharidnih enot.

Lahko vam služi: fenole ali fenolne spojine: lastnosti, vrste, aplikacije

Struktura ogljikovih hidratov določa, kako se s fotosintezo hrani energija v njihovih povezavah in tudi, kako se te povezave med celičnim dihanjem porušijo.

Klasifikacija

Monosaharidi

Monosaharidi so osnovne enote ogljikovih hidratov, zato so najpreprostejša struktura saharida. Fizično so monosaharidi kristalne trdne snovi brez barve. Večina ima sladek okus.

S kemičnega vidika so monosaharidi lahko aldehidi ali ketoni, odvisno od tega, kje je karbonilna skupina (C = O) v linearnih ogljikovih hidratih. Strukturno lahko monosaharidi tvorijo linearne verige ali zaprte obroče.

Ker imajo monosaharidi hidroksilne skupine, je večina topnih v vodi in netopna v nepolarnih topilih.

Odvisno od števila ogljika v svoji strukturi bo imel monosaharid različna imena, na primer: Triosa (če imate 3 atome C), pentose (če imate 5C) in tako naprej.

Disaharidi

Disaharidi so dvojni sladkorji, ki tvorita skupaj dva monosaharida v kemičnem procesu, imenovanem sinteza dehidracije, ker se med reakcijo izgubi molekula vode. Znana je tudi kot kondenzacijska reakcija.

Tako je disaharid vsaka snov, ki jo sestavljata dve preprosti molekuli sladkorja (monosaharidi), povezani med seboj prek glikozidne povezave.

Kisline imajo možnost razbiti te vezi, zato lahko disaharide prebavimo v želodcu.

Disaharidi so na splošno topni v vodi in sladkarijah, ko jih zaužijejo. Trije glavni disaharidi so saharoza, laktoza in maltoza: saharoza izvira iz zveze glukoze in fruktoze; Laktoza izvira iz zveze glukoze in galaktoze; in maltoza izvira iz združenja dveh molekul glukoze.

Oligosaharidi

Oligosaharidi so zapleteni polimeri, ki jih tvori nekaj preprostih enot sladkornih.

Reakcija je enaka, ki tvori disaharide, hkrati pa izhaja tudi iz rupture bolj zapletenih molekul sladkorja (polisaharidi).

Lahko vam služi: Quintana Roo Flora in Fauna

Večina oligosaharidov najdemo v rastlinah in delujejo kot topna vlakna, kar lahko pomaga preprečiti zaprtje. Vendar človeška bitja nimajo encimov, da bi jih prebavili večinoma, z izjemo maltotrioze.

Zaradi tega lahko oligosaharide, ki se sprva ne prebavijo v tankem črevesju, razgradijo bakterije, ki običajno naseljujejo debelo črevo. Prebiotiki izpolnjujejo to funkcijo, služijo kot hrana za koristne bakterije.

Polisaharidi

Polisaharidi so največji polimeri, tvori več kot 10 (do tisoč) monosaharidnih enot, razporejenih na linearni ali razvejani način. Razlike v prostorskem dispoziciji so tisto, kar daje več lastnosti tem sladkorjem.

Polisaharidi so lahko sestavljeni iz istega monosaharida ali kombinacije različnih monosaharidov. Če jih tvorijo ponavljajoče se enote istega sladkorja, jih imenujemo homopolisaharidi, kot sta glikogen in škrob, ki so ogljikovi hidrati živali in rastlin.

Če je polisaharid sestavljen iz enot različnih sladkorjev, se imenuje heteropolisaharidi. Večina vsebuje samo dve različni enoti in se običajno povezuje z beljakovinami (glikoproteini, kot so gamaglobulin v krvi) ali lipidi (glikolipidi, kot so gangliasidi).

Funkcije

Štiri glavne funkcije ogljikovih hidratov so: zagotavljajo energijo, shranijo energijo, zgradite makromolekule in se izogibajte razgradnji beljakovin in maščob.

Ogljikovi hidrati se razgradi s prebavo v preprostih sladkorjah. Te absorbirajo tanke črevesne celice in se prevažajo v vse celice telesa, kjer bodo oksidirane, da dobijo energijo v obliki adenozinskega trifosfata (ATP).

Molekule sladkorja, ki se v določenem času ne uporabljajo pri proizvodnji energije, se shranijo kot del rezervnih polimerov, kot sta glikogen in škrob.

Vam lahko služi: tribrastični: značilnosti in tvorba plasti

Nukleotidi, temeljne enote nukleinskih kislin, imajo v svoji strukturi molekule glukoze. Več pomembnih beljakovin je povezanih z molekulami ogljikovih hidratov, na primer: stimulirajoči hormon folikla (FSH), ki posega v proces ovulacije.

Ker so ogljikovi hidrati glavni vir energije, njihova hitra razgradnja preprečuje, da bi se druge biomolekule razgradile za pridobivanje energije. Ko so ravni sladkorja normalne, so beljakovine in lipidi zaščiteni pred razgradnjo.

Nekateri ogljikovi hidrati so topni v vodi, delujejo kot osnovna hrana pri praktično vseh, oksidacija teh molekul.

Netopni ogljikovi hidrati so povezani tako, da tvorijo bolj zapletene strukture, ki služijo kot zaščita. Na primer: celuloza tvori steno rastlinskih celic skupaj s hemiceliloznim in pektinom. Chitin tvori glivično celično steno in eksoskelet členonožca.

Tudi peptidoglikan tvori celično steno bakterij in cianobakterij. Vezno tkivo živali in skeletnih sklepov tvorijo polisaharidi.

Številni ogljikovi hidrati so kovalentno povezani z beljakovinami ali lipidi, ki tvorijo bolj zapletene strukture, imenovane Glyconjugado. Ti kompleksi delujejo kot nalepke, ki določajo medcelično lokacijo ali presnovni cilj teh molekul

Reference

1. Berg, j., Tymoczko, j., Gatto, g. & Strayer, L. (2015). Biokemija (8. izd.). W. H. Freeman in družba.
2. Campbell, n. & Reece, J. (2005). Biologija (2. izd.) Pearson Education.
3. Maughan, r. (2009). Metabolizem ogljikovih hidratov. Operacija, 27(1), 6-10.
4. Nelson, d., Cox, m. & Lehninger, a. (2013). Lehningerjeva načela biokemije (6^th). W.H. Freeman in družba.
5. Salomon, e., Berg, l. & Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.