Süsivesikute omadused ja struktuur. Süsivesikute funktsioonid

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:24

Inimese keha, aga ka teiste elusolendite jaoks on vaja energiat. Ilma selleta ei saa toimuda ühtegi protsessi. Lõppude lõpuks vajab iga biokeemiline reaktsioon, iga ensümaatiline protsess või ainevahetuse etapp energiaallikat.

Seetõttu on organismile eluks jõudu andvate ainete tähtsus väga suur ja oluline. Mis need ained on? Süsivesikud, valgud, rasvad. Igaühe ehitus on erinev, nad kuuluvad täiesti erinevatesse keemiliste ühendite klassidesse, kuid üks nende ülesannetest on sarnane - keha varustamine eluks vajaliku energiaga. Mõelge ühele loetletud ainete rühmale – süsivesikutele.

Süsivesikute klassifikatsioon

Süsivesikute koostis ja struktuur alates nende avastamisest määrati nende nime järgi. Varasemate allikate kohaselt arvati tõepoolest, et tegemist on ühendite rühmaga, mille struktuuris on veemolekulidega seotud süsinikuaatomeid.

Põhjalikum analüüs ja kogutud teave nende ainete mitmekesisuse kohta võimaldasid tõestada, et mitte kõigil esindajatel pole ainult sellist koostist. Kuidsee omadus on endiselt üks neist, mis määrab süsivesikute struktuuri.

Selle ühendite rühma kaasaegne klassifikatsioon on järgmine:

1. Monosahhariidid (riboos, fruktoos, glükoos jne).
2. Oligosahhariidid (bioosid, trioosid).
3. Polüsahhariidid (tärklis, tselluloos).

Samuti saab kõik süsivesikud jagada kahte suurde rühma:

• taastamine;
• mittetaastav.

Iga rühma süsivesikute molekulide struktuuri käsitletakse üksikasjalikum alt.

Monosahhariidid: omadused

Sellesse kategooriasse kuuluvad kõik lihtsüsivesikud, mis sisaldavad aldehüüdi (aldoosid) või ketooni (ketoosid) rühma ja mitte rohkem kui 10 süsinikuaatomit ahela struktuuris. Kui vaadata peaahela aatomite arvu, võib monosahhariidid jagada järgmisteks osadeks:

• trioosid (glütseraldehüüd);
• tetroos (erütroos, erütroos);
• pentoosid (riboos ja desoksüriboos);
• heksoosid (glükoos, fruktoos).

Kõik teised esindajad ei ole organile nii olulised kui loetletud.

Molekulide struktuuri tunnused

Vastav alt nende struktuurile võib monoose esitada nii ahela kui ka tsüklilise süsivesiku kujul. Kuidas see juhtub? Asi on selles, et ühendi keskne süsinikuaatom on asümmeetriline tsenter, mille ümber lahuses olev molekul on võimeline pöörlema. Nii tekivad L- ja D-vormi monosahhariidide optilised isomeerid. Kussirge ahela kujul kirjutatud glükoosivalemit saab aldehüüdrühm (või ketoon) vaimselt haarata ja palliks veeretada. Saadakse vastav tsükliline valem.

Monozi seeria süsivesikute keemiline struktuur on üsna lihtne: hulk süsinikuaatomeid moodustavad ahela või tsükli, millest igaühe hüdroksüülrühmad ja vesinikuaatomid asuvad erinevatel või samal küljel. Kui kõik samanimelised struktuurid on ühel küljel, siis moodustub D-isomeer, kui need on üksteise vaheldumisel erinevad, siis L-isomeer. Kui kirjutame üles molekulaarses vormis glükoosmonosahhariidide kõige tavalisema esindaja üldvalemi, näeb see välja järgmine: _{. Lisaks peegeldab see rekord ka fruktoosi struktuuri. Lõppude lõpuks on need kaks monoosi keemiliselt struktuursed isomeerid. Glükoos on aldehüüdalkohol, fruktoos on ketoalkohol.}

Paljude monosahhariidide süsivesikute struktuur ja omadused on omavahel tihed alt seotud. Tõepoolest, kuna struktuuri koostises on aldehüüd- ja ketoonrühmi, kuuluvad need aldehüüd- ja ketoalkoholide hulka, mis määrab nende keemilise olemuse ja reaktsioonid, millesse nad võivad siseneda.

Seega on glükoosil järgmised keemilised omadused:

1. Karbonüülrühma olemasolust tingitud reaktsioonid:

• oksüdatsioon – "hõbepeegli" reaktsioon;
• värskelt sadestatud vask(II)hüdroksiidiga - aldoonhape;
• tugevad oksüdeerivad ained on võimelised moodustama kahealuselisi happeid (aldaarhape), muutes mitte ainult aldehüüdi, vaid ka ühe hüdroksüülrühma;
• taastamine – muudetakse mitmehüdroksüülseteks alkoholideks.

2. Molekul sisaldab ka hüdroksüülrühmi, mis peegeldab struktuuri. Rühmitamise andmed mõjutavad süsivesikute omadused:

• alküleerimisvõime - eetrite moodustumine;
• atsüülimine – estrite moodustumine;
• vask(II)hüdroksiidi kvalitatiivne reaktsioon.

3. Glükoosi väga spetsiifilised omadused:

• võihape;
• alkohol;
• piimhappekääritamine.

Kehas täidetavad funktsioonid

Monoosisarja süsivesikute struktuur ja funktsioon on omavahel tihed alt seotud. Viimased seisnevad ennekõike elusorganismide biokeemilistes reaktsioonides osalemises. Millist rolli mängivad selles monosahhariidid?

1. Oligo- ja polüsahhariidide tootmise alus.
2. Pentoosid (riboos ja desoksüriboos) on kõige olulisemad molekulid, mis osalevad ATP, RNA, DNA moodustumisel. Ja nemad on omakorda peamised päriliku materjali, energia ja valgu tarnijad.
3. Glükoosi kontsentratsioon inimveres on tõeline osmootse rõhu ja selle muutuste näitaja.

Oligosahhariidid: struktuur

Selle rühma süsivesikute struktuur on vähenenud kahe (dioosi) või kolme (trioosi) monosahhariidimolekuli olemasoluni kompositsioonis. On ka neid, mis sisaldavad 4, 5 või enamat struktuuri (kuni 10), kuid kõige levinumad on disahhariidid. See tähendab hüdrolüüsi ajalühendid lagunevad glükoosiks, fruktoosiks, pentoosiks jne. Millised ühendid kuuluvad sellesse kategooriasse? Tüüpiline näide on sahharoos (tavaline roosuhkur), laktoos (piima põhikomponent), m altoos, laktuloos, isom altoos.

Selle seeria süsivesikute keemilisel struktuuril on järgmised omadused:

1. Üldine molekulaarse liigi valem: C₁₂H₂₂O_11.
2. Kaks identset või erinevat monoosijääki disahhariidide struktuuris on omavahel ühendatud glükosiidsilla abil. Selle ühendi olemus määrab suhkru redutseerimisvõime.
3. Disahhariidide vähendamine. Seda tüüpi süsivesikute struktuur seisneb glükosiidsilla moodustamises aldehüüdi hüdroksüüli ja erinevate monomolekulide hüdroksüülrühmade vahel. Nende hulka kuuluvad: m altoos, laktoos ja nii edasi.
4. Mitteredutseeriv - sahharoosi tüüpiline näide - kui sild moodustub ainult vastavate rühmade hüdroksüülrühmade vahel, ilma aldehüüdstruktuuri osaluseta.

Seega võib süsivesikute struktuuri lühid alt esitada molekulaarvalemina. Kui on vaja üksikasjalikku üksikasjalikku struktuuri, saab seda kujutada Fisheri graafiliste projektsioonide või Haworthi valemite abil. Täpsem alt, kaks tsüklilist monomeeri (monoosi) on kas erinevad või identsed (olenev alt oligosahhariidist), mis on omavahel ühendatud glükosiidsillaga. Ehitamisel tuleks ühenduse korrektseks kuvamiseks arvestada taastamisvõimega.

Disahhariidimolekulide näited

Kui ülesanne on kujul: "Märka süsivesikute struktuurilisi iseärasusi", siis disahhariidide puhul on kõige parem esm alt märkida, millistest monoosijääkidest see koosneb. Kõige levinumad tüübid on:

• sahharoos – valmistatud alfa-glükoosist ja beeta-fruktoosist;
• m altoos – glükoosijääkidest;
• tsellobioos – koosneb kahest D-vormi beeta-glükoosi jäägist;
• laktoos - galaktoos + glükoos;
• laktuloos - galaktoos + fruktoos ja nii edasi.

Seejärel tuleks vastav alt olemasolevatele jääkidele koostada struktuurvalem, milles on selgelt näidatud glükosiidsilla tüüp.

Elusorganismide tähtsus

Väga oluline on ka disahhariidide roll, oluline pole ainult struktuur. Süsivesikute ja rasvade funktsioonid on üldiselt sarnased. Aluseks on energiakomponent. Mõne üksiku disahhariidi puhul tuleks siiski anda nende konkreetne tähendus.

1. Sahharoos on inimkehas peamine glükoosiallikas.
2. Laktoosi leidub imetajate rinnapiimas, sealhulgas kuni 8% naiste piimas.
3. Laktuloos saadakse laboris meditsiiniliseks kasutamiseks ja lisatakse piimatoodetele.

Iga disahhariidid, trisahhariidid ja nii edasi inimkehas ja teistes olendites läbivad kohese hüdrolüüsi, moodustades monoosid. Just see omadus on aluseks selle süsivesikute klassi kasutamisele inimeste poolt toores, muutumatul kujul (peedi- või roosuhkur).

Polüsahhariidid: molekulide omadused

Selle sarja süsivesikute funktsioonid, koostis ja struktuur on elusolendite organismide, aga ka inimeste majandustegevuse jaoks väga olulised. Esiteks peaksite välja selgitama, millised süsivesikud on polüsahhariidid.

Neid on palju:

• tärklis;
• glükogeen;
• murein;
• glükomannan;
• tselluloos;
• dekstriin;
• galaktomannaan;
• muromin;
• pektiinained;
• amüloos;
• kitiin.

See ei ole täielik loetelu, vaid ainult kõige olulisem loomade ja taimede jaoks. Kui täidate ülesande "Märgistage mitmete polüsahhariidide süsivesikute struktuurilised omadused", peaksite kõigepe alt pöörama tähelepanu nende ruumilisele struktuurile. Need on väga mahukad hiiglaslikud molekulid, mis koosnevad sadadest glükosiidsete keemiliste sidemetega ristseotud monomeerühikutest. Sageli on polüsahhariidide süsivesikute molekulide struktuur kihiline.

Sellistel molekulidel on teatud klassifikatsioon.

1. Homopolüsahhariidid – koosnevad samadest korduv alt korduvatest monosahhariidide ühikutest. Olenev alt monoosidest võivad need olla heksoosid, pentoosid ja nii edasi (glükaanid, mannaanid, galaktaanid).
2. Heteropolüsahhariidid – moodustuvad erinevatest monomeerüksustest.

Lineaarse ruumistruktuuriga ühendid peaksid sisaldama näiteks tselluloosi. Enamikul polüsahhariididel on hargnenud struktuur – tärklis, glükogeen, kitiin ja nii edasi.

Roll elusolendite kehas

Selle süsivesikute rühma struktuur ja funktsioonid on tihed alt seotud kõigi olendite elutegevusega. Nii näiteks koguvad taimed varutoitainete kujul tärklist võrse või juure erinevatesse osadesse. Loomade peamiseks energiaallikaks on taas polüsahhariidid, mille lagundamisel tekib päris palju energiat.

Süsivesikud mängivad raku struktuuris väga olulist rolli. Paljude putukate ja vähilaadsete kate koosneb kitiinist, mureiin on bakteriraku seina koostisosa, tselluloos on taimede alus.

Loomse päritoluga varutoitaine on glükogeeni molekulid või, nagu seda sagedamini nimetatakse, loomne rasv. Seda hoitakse erinevates kehaosades ja see ei täida mitte ainult energiat, vaid ka kaitsefunktsiooni mehaaniliste mõjude eest.

Enamiku organismide jaoks on süsivesikute struktuur väga oluline. Iga looma ja taime bioloogia on selline, mis nõuab pidevat energiaallikat, ammendamatut. Ja ainult nemad saavad seda anda ja ennekõike polüsahhariidide kujul. Niisiis, 1 g süsivesikute täielik lagunemine ainevahetusprotsesside tulemusena toob kaasa 4,1 kcal energia vabanemise! See on maksimum, rohkem ühendusi pole. Seetõttu peavad süsivesikud olema iga inimese ja looma toidus. Taimed seevastu hoolitsevad iseenda eest: fotosünteesi käigus moodustavad nad enda sees tärklise ja säilitavad selle.

Süsivesikute üldised omadused

Rasvade, valkude ja süsivesikute struktuurüldiselt sarnased. Lõppude lõpuks on nad kõik makromolekulid. Isegi mõned nende funktsioonid on ühised. Tuleks kokku võtta kõigi süsivesikute roll ja tähtsus planeedi biomassi elus.

1. Süsivesikute koostis ja struktuur viitavad sellele, et neid kasutatakse ehitusmaterjalina taimerakkude, loomade ja bakterite membraanide jaoks, samuti rakusiseste organellide moodustamiseks.
2. Kaitsefunktsioon. See on iseloomulik taimeorganismidele ja avaldub okaste, okkade jms moodustumisel.
3. Plastiline roll – elutähtsate molekulide (DNA, RNA, ATP jt) moodustumine.
4. Retseptori funktsioon. Polüsahhariidid ja oligosahhariidid on aktiivsed osalised transpordis läbi rakumembraani, "kaitsjad", mis püüavad mõjusid kinni.
5. Kõige olulisem on energia roll. Tagab maksimaalse energia kõigi rakusiseste protsesside jaoks, aga ka kogu organismi kui terviku tööks.
6. Osmootse rõhu reguleerimine – glükoos kontrollib seda.
7. Mõned polüsahhariidid muutuvad varutoitaineteks, loomsete olendite energiaallikaks.

Seega on ilmne, et rasvade, valkude ja süsivesikute struktuur, nende funktsioonid ja roll elussüsteemide organismides on määrava ja määrava tähtsusega. Need molekulid on elu loojad, nad ka säilitavad ja toetavad seda.

Süsivesikud koos teiste makromolekulaarsete ühenditega

Teada on ka süsivesikute roll mitte puhtal kujul, vaid kombinatsioonis teiste molekulidega. Nende hulka kuuluvad kõige levinumadnagu:

• glükosaminoglükaanid või mukopolüsahhariidid;
• glükoproteiinid.

Seda tüüpi süsivesikute struktuur ja omadused on üsna keerulised, kuna mitmesugused funktsionaalsed rühmad on ühendatud kompleksiks. Seda tüüpi molekulide peamine roll on osalemine paljudes organismide eluprotsessides. Esindajad on: hüaluroonhape, kondroitiinsulfaat, heparaan, kerataansulfaat ja teised.

Seal on ka polüsahhariidide kompleksid teiste bioloogiliselt aktiivsete molekulidega. Näiteks glükoproteiinid või lipopolüsahhariidid. Nende olemasolu on oluline organismi immunoloogiliste reaktsioonide kujunemisel, kuna nad on osa lümfisüsteemi rakkudest.