خصائص وهيكل الكربوهيدرات. وظائف الكربوهيدرات

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

بالنسبة لجسم الإنسان ، وكذلك الكائنات الحية الأخرى ، هناك حاجة إلى الطاقة. بدونها ، لا يمكن أن تحدث أي عمليات. بعد كل شيء ، كل تفاعل كيميائي حيوي ، كل عملية إنزيمية أو مرحلة من مراحل التمثيل الغذائي تحتاج إلى مصدر للطاقة.

لذلك فإن أهمية المواد التي تمد الجسم بالقوة للحياة كبيرة جدا ومهمة. ما هي هذه المواد؟ الكربوهيدرات والبروتينات والدهون. تختلف بنية كل منهما ، فهي تنتمي إلى فئات مختلفة تمامًا من المركبات الكيميائية ، لكن إحدى وظائفها متشابهة - وهي تزويد الجسم بالطاقة اللازمة للحياة. ضع في اعتبارك مجموعة واحدة من المواد المدرجة - الكربوهيدرات.

تصنيف الكربوهيدرات

تم تحديد تكوين وهيكل الكربوهيدرات منذ اكتشافها من خلال اسمها. في الواقع ، وفقًا لمصادر مبكرة ، كان يُعتقد أن هذه مجموعة من المركبات في بنيتها توجد ذرات كربون مرتبطة بجزيئات الماء.

أتاح التحليل الأكثر شمولاً ، فضلاً عن المعلومات المتراكمة حول تنوع هذه المواد ، إثبات أنه ليس كل الممثلين لديهم مثل هذا التكوين فقط. لكنهذه الميزة لا تزال واحدة من تلك التي تحدد بنية الكربوهيدرات.

التصنيف الحديث لهذه المجموعة من المركبات كالتالي:

1. السكريات الأحادية (الريبوز ، الفركتوز ، الجلوكوز ، إلخ).
2. قليل السكاريد (السير ، ثلاثيات).
3. السكريات (النشا ، السليلوز).

أيضًا ، يمكن تقسيم جميع الكربوهيدرات إلى المجموعتين الكبيرتين التاليتين:

• استعادة ؛
• غير التصالحية.

سيتم النظر في بنية جزيئات الكربوهيدرات لكل مجموعة بمزيد من التفصيل.

السكريات الأحادية: الخصائص

تشمل هذه الفئة جميع الكربوهيدرات البسيطة التي تحتوي على مجموعة ألدهيد (ألدوز) أو كيتون (كيتوز) ولا تزيد عن 10 ذرات كربون في بنية السلسلة. إذا نظرت إلى عدد الذرات في السلسلة الرئيسية ، فيمكن تقسيم السكريات الأحادية إلى:

• ثلاثيات (glyceraldehyde) ؛
• تتروس (erythrulose ، erythrose) ؛
• pentoses (ريبوز و deoxyribose) ؛
• السداسيات (الجلوكوز والفركتوز).

جميع الممثلين الآخرين ليسوا بنفس أهمية الممثلين المذكورين

ملامح هيكل الجزيئات

وفقًا لتركيبها ، يمكن تقديم الأحادي في شكل سلسلة وفي شكل كربوهيدرات دوري. كيف يحدث هذا؟ الشيء هو أن ذرة الكربون المركزية في المركب هي مركز غير متماثل يمكن للجزيء الموجود في المحلول أن يدور حوله. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها الأيزومرات الضوئية للسكريات الأحادية الشكل L و D. حيثصيغة الجلوكوز ، المكتوبة على شكل سلسلة مستقيمة ، يمكن استيعابها ذهنيًا من قبل مجموعة الألدهيد (أو الكيتون) وتدحرجها في شكل كرة. سيتم الحصول على الصيغة الدورية المقابلة.

التركيب الكيميائي للكربوهيدرات في سلسلة monoz بسيط للغاية: عدد من ذرات الكربون تشكل سلسلة أو دورة ، من كل منها توجد مجموعات الهيدروكسيل وذرات الهيدروجين في نفس الجانب أو مختلف. إذا كانت جميع الهياكل التي تحمل الاسم نفسه موجودة على جانب واحد ، فسيتم تشكيل D-isomer ، وإذا كانت مختلفة بالتناوب مع بعضها البعض ، فسيتم تكوين L-isomer. إذا قمنا بتدوين الصيغة العامة للممثل الأكثر شيوعًا للسكريات الأحادية للجلوكوز في شكل جزيئي ، فستبدو كما يلي:_{. علاوة على ذلك ، يعكس هذا السجل بنية الفركتوز أيضًا. بعد كل شيء ، من الناحية الكيميائية ، فإن هذين المونين هما أيزومرات هيكلية. الجلوكوز هو كحول ألدهيد ، والفركتوز هو كحول كيتو.}

ترتبط بنية وخصائص الكربوهيدرات في عدد من السكريات الأحادية ارتباطًا وثيقًا. في الواقع ، نظرًا لوجود مجموعات الألدهيد والكيتون في تكوين الهيكل ، فإنهم ينتمون إلى كحول الألدهيد والكيتو ، مما يحدد طبيعتهم الكيميائية والتفاعلات التي يمكنهم الدخول فيها.

وهكذا ، يُظهر الجلوكوز الخصائص الكيميائية التالية:

1. ردود الفعل بسبب وجود مجموعة الكربونيل:

• الأكسدة - تفاعل "المرآة الفضية"
• مع هيدروكسيد النحاس (II) المترسب حديثًا - حمض الألدونيك ؛
• عوامل مؤكسدة قوية قادرة على تكوين أحماض ثنائية القاعدة (aldaric) ، ليس فقط تحويل الألدهيد ، ولكن أيضًا مجموعة هيدروكسيل واحدة ؛
• الانتعاش - تحويله إلى كحول متعدد الهيدروكسيل.

2. يحتوي الجزيء أيضًا على مجموعات هيدروكسيل ، والتي تعكس الهيكل. تتأثر خصائص الكربوهيدرات بتجميع البيانات:

• القدرة على الألكلة - تشكيل الإيثرات ؛
• أسيلة - تكوين الإسترات ؛
• تفاعل نوعي لهيدروكسيد النحاس (II).

3. خصائص محددة للغاية للجلوكوز:

• زبدي ؛
• كحول
• تخمير حمض اللاكتيك

الوظائف المؤداة في الجسم

ترتبط بنية ووظيفة الكربوهيدرات في سلسلة الأحادي ارتباطًا وثيقًا. يتكون الأخير ، أولاً وقبل كل شيء ، من المشاركة في التفاعلات الكيميائية الحيوية للكائنات الحية. ما الدور الذي تلعبه السكريات الأحادية في هذا؟

1. أساس إنتاج قليل السكاريد و السكريات.
2. Pentoses (الريبوز و deoxyribose) هي أهم الجزيئات المشاركة في تكوين ATP ، RNA ، DNA. وهم بدورهم الموردين الرئيسيين للمواد الوراثية والطاقة والبروتين.
3. تركيز الجلوكوز في دم الإنسان مؤشر حقيقي للضغط الاسموزي وتغيراته.

قليل السكاريد: هيكل

يتم تقليل بنية الكربوهيدرات لهذه المجموعة إلى وجود جزئين (dioses) أو ثلاثة (ثلاثية) من السكريات الأحادية في التركيبة. هناك أيضًا تلك التي تشتمل على 4 أو 5 هياكل أو أكثر (حتى 10) ، ولكن الأكثر شيوعًا هي السكاريد. أي أثناء التحلل المائيتتحلل المركبات لتكوين الجلوكوز والفركتوز والبنتوز وما إلى ذلك. ما هي المركبات التي تندرج في هذه الفئة؟ مثال نموذجي هو السكروز (قصب السكر الشائع) ، اللاكتوز (المكون الرئيسي للحليب) ، المالتوز ، اللاكتولوز ، الإيزومالتوز.

يحتوي التركيب الكيميائي للكربوهيدرات في هذه السلسلة على الميزات التالية:

1. الصيغة العامة للأنواع الجزيئية: C₁₂H₂₂O_11.
2. اثنين من بقايا مونوز متطابقة أو مختلفة في بنية السكاريد متصلة ببعضها البعض باستخدام جسر جليكوسيد. ستحدد طبيعة هذا المركب القدرة المختزلة للسكر.
3. تقليل السكريات. يتكون هيكل الكربوهيدرات من هذا النوع من تكوين جسر جليكوسيد بين هيدروكسيل الألدهيد ومجموعات الهيدروكسيل من جزيئات أحادية مختلفة. وتشمل هذه: المالتوز واللاكتوز وما إلى ذلك.
4. عدم الاختزال - مثال نموذجي للسكروز - عندما يتم تشكيل جسر بين الهيدروكسيل للمجموعات المقابلة فقط ، دون مشاركة هيكل الألدهيد.

وهكذا ، يمكن تمثيل بنية الكربوهيدرات لفترة وجيزة على أنها صيغة جزيئية. إذا كانت هناك حاجة إلى بنية مفصلة مفصلة ، فيمكن تصويرها باستخدام إسقاطات فيشر الرسومية أو صيغ هاوورث. على وجه التحديد ، اثنان من المونومرات الحلقية (مونوز) إما مختلفة أو متطابقة (اعتمادًا على السكريات قليلة السكاريد) ، مترابطة بواسطة جسر جليكوسيد. عند البناء ، يجب أن تؤخذ قدرة الاستعادة في الاعتبار لعرض الاتصال بشكل صحيح.

أمثلة على جزيئات السكاريد

إذا كانت المهمة بالشكل: "لاحظ السمات الهيكلية للكربوهيدرات" ، فمن الأفضل بالنسبة للسكريات الثنائية الإشارة أولاً إلى البقايا الأحادية التي تتكون منها. الأنواع الأكثر شيوعًا هي:

• سكروز - مصنوع من الجلوكوز ألفا وبيتا الفركتوز ؛
• مالتوز - من بقايا الجلوكوز ؛
• cellobiose - يتكون من بقايا جلوكوز بيتا على شكل D ؛
• لاكتوز - جالاكتوز + جلوكوز
• لاكتولوز - جالاكتوز + فركتوز وهكذا

بعد ذلك ، وفقًا للمخلفات المتاحة ، يجب وضع صيغة هيكلية مع إشارة واضحة إلى نوع جسر الجليكوسيد.

أهمية للكائنات الحية

دور السكاريد مهم جدًا أيضًا ، وليس الهيكل مهمًا فقط. تتشابه وظائف الكربوهيدرات والدهون بشكل عام. الأساس هو عنصر الطاقة. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض السكريات الفردية ، يجب إعطاء معناها المحدد.

1. السكروز هو المصدر الرئيسي للجلوكوز في جسم الإنسان.
2. يوجد اللاكتوز في حليب الثدي لدى الثدييات ، بما في ذلك ما يصل إلى 8٪ في حليب النساء.
3. يتم الحصول على اللاكتولوز في المختبر للاستخدام الطبي ويضاف إلى منتجات الألبان.

أي ثنائي السكاريد ، السكاريد وما إلى ذلك في جسم الإنسان والمخلوقات الأخرى يخضع لتحلل مائي فوري لتشكيل أحاديات. هذه هي الميزة التي تكمن وراء استخدام هذه الفئة من الكربوهيدرات من قبل البشر في شكلها الخام غير المتغير (البنجر أو قصب السكر).

السكريات: ميزات الجزيئات

وظائف وتكوين وهيكل الكربوهيدرات لهذه السلسلة لها أهمية كبيرة للكائنات الحية ، وكذلك للنشاط الاقتصادي البشري. أولاً ، يجب عليك معرفة الكربوهيدرات التي تعتبر عديد السكاريد.

هناك الكثير منهم:

• نشاء ؛
• جليكوجين ؛
• مورين ؛
• غلوكومانان ؛
• السليلوز ؛
• دكسترين ؛
• galactomannan ؛
• مورومين ؛
• مواد بكتيرية ؛
• أميلوز ؛
• كيتين

هذه ليست قائمة كاملة ، لكنها فقط الأكثر أهمية بالنسبة للحيوانات والنباتات. إذا قمت بتنفيذ المهمة "ضع علامة على السمات الهيكلية للكربوهيدرات لعدد من السكريات" ، فعليك أولاً الانتباه إلى هيكلها المكاني. هذه جزيئات ضخمة للغاية ، تتكون من مئات الوحدات المونومر المترابطة بواسطة روابط كيميائية جليكوسيدية. غالبًا ما يكون هيكل جزيئات الكربوهيدرات عديد السكاريد عبارة عن تركيبة ذات طبقات.

هناك تصنيف معين لهذه الجزيئات

1. السكريات المتجانسة - تتكون من نفس الوحدات المتكررة بشكل متكرر من السكريات الأحادية. اعتمادًا على الأحاديات ، يمكن أن تكون سداسية وخماسية وما إلى ذلك (جلوكان ، مانان ، غالاكتان).
2. عديدات السكاريد المتجانسة - تتكون من وحدات مونومر مختلفة.

يجب أن تتضمن المركبات ذات الهيكل المكاني الخطي ، على سبيل المثال ، السليلوز. معظم السكريات لها بنية متفرعة - النشا والجليكوجين والكيتين وما إلى ذلك.

دور في جسم الكائنات الحية

ترتبط بنية ووظائف هذه المجموعة من الكربوهيدرات ارتباطًا وثيقًا بالنشاط الحيوي لجميع الكائنات. لذلك ، على سبيل المثال ، النباتات التي في شكل مغذٍ احتياطي تتراكم النشا في أجزاء مختلفة من الجذع أو الجذر. المصدر الرئيسي للطاقة للحيوانات مرة أخرى هو عديد السكاريد ، الذي ينتج عن تفككه الكثير من الطاقة.

تلعب الكربوهيدرات دورًا مهمًا جدًا في بنية الخلية. غطاء العديد من الحشرات والقشريات يتكون من الكيتين ، مورين هو أحد مكونات جدار الخلية البكتيرية ، والسليلوز هو أساس النباتات.

المغذيات الاحتياطية من أصل حيواني هي جزيئات الجليكوجين ، أو كما يطلق عليها أكثر شيوعًا ، الدهون الحيوانية. يتم تخزينه في أجزاء منفصلة من الجسم ولا يؤدي فقط طاقة ، ولكن أيضًا وظيفة وقائية ضد التأثيرات الميكانيكية.

بالنسبة لمعظم الكائنات الحية ، تعتبر بنية الكربوهيدرات ذات أهمية كبيرة. إن بيولوجيا كل حيوان ونبات تتطلب مصدرًا ثابتًا للطاقة ، لا ينضب. وفقط هم من يمكنهم إعطاء هذا ، والأهم من ذلك كله في شكل عديد السكاريد. لذلك ، فإن الانهيار الكامل لـ 1 جرام من الكربوهيدرات نتيجة لعمليات التمثيل الغذائي يؤدي إلى إطلاق 4.1 كيلو كالوري من الطاقة! هذا هو الحد الأقصى ، لا مزيد من الاتصالات. هذا هو السبب في أن الكربوهيدرات يجب أن تكون موجودة في النظام الغذائي لأي شخص وحيوان. من ناحية أخرى ، فإن النباتات تعتني بنفسها: في عملية التمثيل الضوئي ، فإنها تشكل النشا داخل نفسها وتخزينها.

الخصائص العامة للكربوهيدرات

بنية الدهون والبروتينات والكربوهيدراتبشكل عام مماثلة. بعد كل شيء ، كلهم جزيئات ضخمة. حتى بعض وظائفهم ذات طبيعة مشتركة. يجب تلخيص دور وأهمية جميع الكربوهيدرات في حياة الكتلة الحيوية للكوكب.

1. يشير تكوين وهيكل الكربوهيدرات إلى استخدامها كمواد بناء لقشرة الخلايا النباتية والأغشية الحيوانية والبكتيرية ، وكذلك تكوين العضيات داخل الخلايا.
2. وظيفة الحماية. وهي من سمات الكائنات النباتية وتتجلى في تكوين الأشواك والعمود الفقري وما إلى ذلك.
3. دور البلاستيك - تكوين الجزيئات الحيوية (DNA و RNA و ATP وغيرها).
4. وظيفة المستقبل. تعد السكريات المتعددة والسكريات قليلة السكاريد مشاركين نشطين في عمليات النقل عبر غشاء الخلية ، "الحراس" الذين يلتقطون التأثيرات.
5. دور الطاقة هو الأهم. يوفر أقصى قدر من الطاقة لجميع العمليات داخل الخلايا ، وكذلك عمل الكائن الحي ككل.
6. تنظيم الضغط الأسموزي - الجلوكوز يتحكم في ذلك
7. تصبح بعض السكريات عنصرًا غذائيًا احتياطيًا ، ومصدرًا للطاقة للمخلوقات الحيوانية.

وهكذا يتضح أن بنية الدهون والبروتينات والكربوهيدرات ووظائفها ودورها في كائنات الكائنات الحية لها أهمية حاسمة وحاسمة. هذه الجزيئات هي صانعة الحياة ، كما أنها تحافظ عليها وتدعمها.

كربوهيدرات مع مركبات جزيئية أخرى

المعروف أيضًا هو دور الكربوهيدرات ليس في شكلها النقي ، ولكن في تركيبة مع جزيئات أخرى. وتشمل هذه الأكثر شيوعًامثل:

• glycosaminoglycans أو عديدات السكاريد المخاطية ؛
• بروتينات سكرية.

هيكل وخصائص الكربوهيدرات من هذا النوع معقدة للغاية ، لأن مجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية يتم دمجها في مركب. الدور الرئيسي للجزيئات من هذا النوع هو المشاركة في العديد من عمليات حياة الكائنات الحية. الممثلون هم: حمض الهيالورونيك ، كبريتات شوندروتن ، هيباران ، كبريتات كيراتان وغيرها.

هناك أيضًا مجمعات من السكريات مع جزيئات أخرى نشطة بيولوجيًا. على سبيل المثال ، البروتينات السكرية أو عديدات السكاريد الدهنية. وجودهم مهم في تكوين ردود الفعل المناعية للجسم ، حيث أنهم جزء من خلايا الجهاز اللمفاوي.