Voor het menselijk lichaam, maar ook voor andere levende wezens, is energie nodig. Zonder dat kunnen er geen processen plaatsvinden. Elke biochemische reactie, elk enzymatisch proces of elke fase van het metabolisme heeft immers een energiebron nodig.
Daarom is het belang van stoffen die het lichaam levenskracht geven erg groot en belangrijk. Wat zijn deze stoffen? Koolhydraten, eiwitten, vetten. De structuur van elk van hen is anders, ze behoren tot totaal verschillende klassen van chemische verbindingen, maar een van hun functies is vergelijkbaar: het lichaam voorzien van de nodige energie voor het leven. Beschouw één groep van de vermelde stoffen - koolhydraten.
Classificatie van koolhydraten
De samenstelling en structuur van koolhydraten sinds hun ontdekking werd bepaald door hun naam. Volgens vroege bronnen werd inderdaad aangenomen dat dit een groep verbindingen is in de structuur waarvan er koolstofatomen zijn die zijn geassocieerd met watermoleculen.
Een meer grondige analyse, evenals de verzamelde informatie over de diversiteit van deze stoffen, maakte het mogelijk om te bewijzen dat niet alle vertegenwoordigers alleen zo'n samenstelling hebben. Echterdeze functie is nog steeds een van de kenmerken die de structuur van koolhydraten bepa alt.
De moderne classificatie van deze groep verbindingen is als volgt:
- Monosachariden (ribose, fructose, glucose, enz.).
- Oligosachariden (bioses, trioses).
- Polysachariden (zetmeel, cellulose).
Ook kunnen alle koolhydraten worden onderverdeeld in de volgende twee grote groepen:
- herstellen;
- niet-herstellend.
De structuur van koolhydraatmoleculen van elke groep zal in meer detail worden beschouwd.
Monosachariden: kenmerken
Deze categorie omvat alle enkelvoudige koolhydraten die een aldehyde (aldosen) of keton (ketose) groep en niet meer dan 10 koolstofatomen in de ketenstructuur bevatten. Als je kijkt naar het aantal atomen in de hoofdketen, dan zijn monosachariden onder te verdelen in:
- trioses (glyceraldehyde);
- tetroses (erythrulose, erythrose);
- pentoses (ribose en deoxyribose);
- hexosen (glucose, fructose).
Alle andere vertegenwoordigers zijn niet zo belangrijk voor het lichaam als de genoemde.
Kenmerken van de structuur van moleculen
Volgens hun structuur kunnen monosen zowel in de vorm van een ketting als in de vorm van een cyclisch koolhydraat worden gepresenteerd. Hoe gebeurde dit? Het punt is dat het centrale koolstofatoom in de verbinding een asymmetrisch centrum is waaromheen het molecuul in oplossing kan roteren. Dit is hoe optische isomeren van L- en D-vorm monosachariden worden gevormd. Waarinde glucoseformule, geschreven in de vorm van een rechte keten, kan mentaal worden begrepen door de aldehydegroep (of keton) en tot een bal worden opgerold. De bijbehorende cyclische formule wordt verkregen.
De chemische structuur van koolhydraten van de monoz-reeks is vrij eenvoudig: een aantal koolstofatomen die een keten of cyclus vormen, van elk waarvan hydroxylgroepen en waterstofatomen zich aan verschillende of aan dezelfde kant bevinden. Als alle structuren met dezelfde naam aan één kant staan, wordt een D-isomeer gevormd, als ze verschillend zijn bij afwisseling van elkaar, dan wordt een L-isomeer gevormd. Als we de algemene formule van de meest voorkomende vertegenwoordiger van glucosemonosacchariden in moleculaire vorm opschrijven, dan ziet deze er als volgt uit: . Bovendien weerspiegelt dit record ook de structuur van fructose. Chemisch gezien zijn deze twee monosen immers structurele isomeren. Glucose is een aldehydealcohol, fructose is een ketoalcohol.
De structuur en eigenschappen van koolhydraten van een aantal monosachariden hangen nauw met elkaar samen. Door de aanwezigheid van aldehyde- en ketongroepen in de samenstelling van de structuur, behoren ze inderdaad tot aldehyde- en keto-alcoholen, wat hun chemische aard en de reacties waarin ze kunnen binnendringen bepa alt.
Glucose vertoont dus de volgende chemische eigenschappen:
1. Reacties door de aanwezigheid van een carbonylgroep:
- oxidatie - "zilveren spiegel" reactie;
- met vers neergeslagen koper(II)hydroxide - aldonzuur;
- sterke oxidatiemiddelen zijn in staat om dibasische zuren (aldarijn) te vormen, waarbij niet alleen het aldehyde wordt omgezet, maar ook één hydroxylgroep;
- herstel - omgezet in meerwaardige alcoholen.
2. Het molecuul bevat ook hydroxylgroepen, wat de structuur weerspiegelt. Eigenschappen van koolhydraten beïnvloed door gegevens groeperen:
- vermogen om te alkyleren - de vorming van ethers;
- acylering - vorming van esters;
- kwalitatieve reactie voor koper(II)hydroxide.
3. Zeer specifieke eigenschappen van glucose:
- boterzuur;
- alcohol;
- melkzuurfermentatie.
Functies uitgevoerd in het lichaam
De structuur en functie van koolhydraten van de monoses-reeks zijn nauw verwant. Deze laatste bestaan in de eerste plaats uit deelname aan de biochemische reacties van levende organismen. Welke rol spelen monosachariden hierin?
- Basis voor de productie van oligo- en polysachariden.
- Pentosen (ribose en deoxyribose) zijn de belangrijkste moleculen die betrokken zijn bij de vorming van ATP, RNA en DNA. En zij zijn op hun beurt de belangrijkste leveranciers van erfelijk materiaal, energie en eiwitten.
- De glucoseconcentratie in menselijk bloed is een echte indicator van de osmotische druk en de veranderingen ervan.
Oligosachariden: structuur
De structuur van koolhydraten van deze groep wordt gereduceerd tot de aanwezigheid van twee (dioses) of drie (trioses) moleculen monosachariden in de samenstelling. Er zijn er ook die 4, 5 of meer structuren bevatten (tot 10), maar de meest voorkomende zijn disacchariden. Dat wil zeggen, tijdens hydrolyseverbindingen breken af om glucose, fructose, pentose, enzovoort te vormen. Welke verbindingen vallen in deze categorie? Een typisch voorbeeld is sucrose (gewone rietsuiker), lactose (het hoofdbestanddeel van melk), m altose, lactulose, isom altose.
De chemische structuur van koolhydraten van deze serie heeft de volgende kenmerken:
- Algemene formule voor moleculaire soorten: C12H22O11.
- Twee identieke of verschillende monoseresiduen in de disaccharidestructuur zijn met elkaar verbonden door middel van een glycosidische brug. De aard van deze verbinding bepa alt het reducerende vermogen van suiker.
- Het verminderen van disachariden. De structuur van koolhydraten van dit type bestaat uit de vorming van een glycosidische brug tussen de hydroxyl van het aldehyde en hydroxylgroepen van verschillende monomoleculen. Deze omvatten: m altose, lactose, enzovoort.
- Niet-reducerend - een typisch voorbeeld van sucrose - wanneer een brug wordt gevormd tussen de hydroxylen van alleen de overeenkomstige groepen, zonder de deelname van de aldehydestructuur.
De structuur van koolhydraten kan dus kort worden weergegeven als een molecuulformule. Als een gedetailleerde gedetailleerde structuur nodig is, kan deze worden weergegeven met Fisher's grafische projecties of Haworth's formules. In het bijzonder zijn twee cyclische monomeren (monosen) ofwel verschillend ofwel identiek (afhankelijk van het oligosacharide), onderling verbonden door een glycosidische brug. Bij het bouwen moet rekening worden gehouden met het herstelvermogen om de verbinding correct weer te geven.
Voorbeelden van disaccharide moleculen
Als de taak de vorm heeft: "Let op de structurele kenmerken van koolhydraten", dan is het voor disacchariden het beste om eerst aan te geven uit welke monose-residuen het bestaat. De meest voorkomende soorten zijn:
- sucrose - opgebouwd uit alfa-glucose en bèta-fructose;
- m altose - van glucoseresten;
- cellobiose - bestaat uit twee D-vorm bèta-glucose-residuen;
- lactose - galactose + glucose;
- lactulose - galactose + fructose enzovoort.
Vervolgens moet er, op basis van de beschikbare residuen, een structuurformule worden opgesteld met een duidelijke aanduiding van het type glycosidische brug.
Belang voor levende organismen
De rol van disachariden is ook erg belangrijk, niet alleen de structuur is belangrijk. De functies van koolhydraten en vetten zijn over het algemeen vergelijkbaar. De basis is de energiecomponent. Voor sommige individuele disacchariden moet echter hun specifieke betekenis worden vermeld.
- Sucrose is de belangrijkste bron van glucose in het menselijk lichaam.
- Lactose wordt aangetroffen in de moedermelk van zoogdieren, waarvan tot 8% in vrouwenmelk.
- Lactulose wordt verkregen in een laboratorium voor medisch gebruik en toegevoegd aan zuivelproducten.
Elke disaccharide, trisaccharide enzovoort in het menselijk lichaam en andere wezens ondergaat onmiddellijke hydrolyse om monosen te vormen. Het is deze eigenschap die ten grondslag ligt aan het gebruik van deze klasse koolhydraten door mensen in hun ruwe, onveranderde vorm (biet- of rietsuiker).
Polysachariden: kenmerken van moleculen
De functies, samenstelling en structuur van koolhydraten van deze serie zijn van groot belang voor organismen van levende wezens, maar ook voor menselijke economische activiteit. Eerst moet je uitzoeken welke koolhydraten polysachariden zijn.
Er zijn er veel:
- zetmeel;
- glycogeen;
- murein;
- glucomannan;
- cellulose;
- dextrine;
- galactomannaan;
- muromin;
- pectinestoffen;
- amylose;
- chitine.
Dit is geen volledige lijst, maar alleen de belangrijkste voor dieren en planten. Als u de taak "Markeer de structurele kenmerken van koolhydraten van een aantal polysachariden" uitvoert, moet u allereerst letten op hun ruimtelijke structuur. Dit zijn zeer volumineuze, gigantische moleculen, bestaande uit honderden monomeereenheden die verknoopt zijn door glycosidische chemische bindingen. Vaak is de structuur van polysacharide-koolhydraatmoleculen een gelaagde samenstelling.
Er is een bepaalde classificatie van dergelijke moleculen.
- Homopolysachariden - bestaan uit dezelfde herhaaldelijk herhalende eenheden van monosachariden. Afhankelijk van de monosen kunnen dit hexosen, pentosen, enzovoort zijn (glucanen, mannanen, galactanen).
- Heteropolysachariden - gevormd door verschillende monomeereenheden.
Verbindingen met een lineaire ruimtelijke structuur moeten bijvoorbeeld cellulose bevatten. De meeste polysachariden hebben een vertakte structuur - zetmeel, glycogeen, chitine enzovoort.
Rol in het lichaam van levende wezens
De structuur en functies van deze groep koolhydraten hangen nauw samen met de vitale activiteit van alle wezens. Dus bijvoorbeeld planten in de vorm van een reservevoedingsstof accumuleren zetmeel in verschillende delen van de scheut of wortel. De belangrijkste energiebron voor dieren zijn weer polysachariden, waarvan de afbraak vrij veel energie oplevert.
Koolhydraten spelen een zeer belangrijke rol in de structuur van de cel. De bedekking van veel insecten en schaaldieren bestaat uit chitine, mureïne is een bestanddeel van de bacteriële celwand, cellulose is de basis van planten.
De reservevoedingsstof van dierlijke oorsprong zijn glycogeenmoleculen, of, zoals het vaker wordt genoemd, dierlijk vet. Het wordt opgeslagen in afzonderlijke delen van het lichaam en heeft niet alleen een energie, maar ook een beschermende functie tegen mechanische invloeden.
Voor de meeste organismen is de structuur van koolhydraten van groot belang. De biologie van elk dier en elke plant is zodanig dat het een constante energiebron nodig heeft, onuitputtelijk. En alleen zij kunnen dit geven, en vooral in de vorm van polysachariden. Dus de volledige afbraak van 1 g koolhydraten als gevolg van metabolische processen leidt tot het vrijkomen van 4,1 kcal energie! Dit is het maximum, geen verbindingen meer. Dat is de reden waarom koolhydraten aanwezig moeten zijn in de voeding van ieder mens en dier. Planten daarentegen zorgen voor zichzelf: tijdens het fotosyntheseproces vormen ze zetmeel in zichzelf en slaan het op.
Algemene eigenschappen van koolhydraten
De structuur van vetten, eiwitten en koolhydratenalgemeen vergelijkbaar. Het zijn tenslotte allemaal macromoleculen. Zelfs sommige van hun functies zijn van gemeenschappelijke aard. De rol en het belang van alle koolhydraten in het leven van de biomassa van de planeet moet worden samengevat.
- De samenstelling en structuur van koolhydraten impliceren hun gebruik als bouwmateriaal voor de schil van plantencellen, dierlijke en bacteriële membranen, evenals de vorming van intracellulaire organellen.
- Beschermende functie. Het is kenmerkend voor plantenorganismen en manifesteert zich in de vorming van doornen, stekels, enzovoort.
- Plastic rol - de vorming van vitale moleculen (DNA, RNA, ATP en andere).
- Receptorfunctie. Polysachariden en oligosachariden zijn actieve deelnemers aan transportoverdrachten door het celmembraan, "bewakers" die effecten opvangen.
- De energierol is de belangrijkste. Biedt maximale energie voor alle intracellulaire processen, evenals het werk van het hele organisme als geheel.
- Regulering van osmotische druk - glucose regelt dit.
- Sommige polysachariden worden een reservevoedingsstof, een energiebron voor dierlijke wezens.
Het is dus duidelijk dat de structuur van vetten, eiwitten en koolhydraten, hun functies en rol in de organismen van levende systemen van beslissend en beslissend belang zijn. Deze moleculen zijn de scheppers van het leven, ze behouden en ondersteunen het ook.
Koolhydraten met andere macromoleculaire verbindingen
Ook bekend is de rol van koolhydraten, niet in hun pure vorm, maar in combinatie met andere moleculen. Deze omvatten de meest voorkomendezoals:
- glycosaminoglycanen of mucopolysachariden;
- glycoproteïnen.
De structuur en eigenschappen van koolhydraten van dit type zijn behoorlijk complex, omdat een verscheidenheid aan functionele groepen tot een complex wordt gecombineerd. De belangrijkste rol van moleculen van dit type is deelname aan veel levensprocessen van organismen. Vertegenwoordigers zijn: hyaluronzuur, chondroïtinesulfaat, heparan, keratansulfaat en andere.
Er zijn ook complexen van polysachariden met andere biologisch actieve moleculen. Bijvoorbeeld glycoproteïnen of lipopolysachariden. Hun bestaan is belangrijk bij de vorming van de immunologische reacties van het lichaam, aangezien ze deel uitmaken van de cellen van het lymfestelsel.
