Ўласцівасці і будова вугляводаў. функцыі вугляводаў

Для арганізма чалавека, роўна як і астатніх жывых істот, неабходная энергія. Без яе немагчыма праходжанне ніякіх працэсаў. Бо кожная біяхімічная рэакцыя, любы Ферментатыўнай працэс або этап метабалізму мае патрэбу ў энергетычным крыніцы.

Таму значэнне рэчываў, якія прадстаўляюць арганізму сілы на жыццё, вельмі вяліка і важна. Якія ж гэта рэчывы? Вугляводы, бялкі, тлушчы. Будова кожнага з іх розна, яны ставяцца да зусім розных класах хімічных злучэнняў, але адна з іх функцый падобная - забеспячэнне арганізма неабходнай энергіяй для жыццядзейнасці. Разгледзім адну групу з пералічаных рэчываў - вугляводы.

класіфікацыя вугляводаў

Склад і будова вугляводаў з моманту іх адкрыцця вызначаліся іх назвай. Бо, па ранніх крыніцах, лічылася, што гэта такая група злучэнняў, у структуры якіх прысутнічаюць атамы вугляроду, звязаныя з малекуламі вады.

Больш глыбокі аналіз, а таксама назапашаныя звесткі пра разнастайнасць дадзеных рэчываў дазволілі даказаць, што не ўсе прадстаўнікі маюць толькі такі склад. Аднак гэты прыкмета па-ранейшаму адзін з тых, што вызначае будынак вугляводаў.

Сучасная класіфікацыя дадзенай групы злучэнняў выглядае наступным чынам:

1. Моносахариды (рыбоза, фруктоза, глюкоза і гэтак далей).
2. Алігацукрыды (биозы, триозы).
3. Поліцукрыды (крухмал, цэлюлоза).

Таксама ўсе вугляводы можна падзяліць на дзве наступныя вялікія групы:

• аднаўляюць;
• невосстанавливающие.

Будову малекул вугляводаў кожнай групы разгледзім падрабязней.

Моносахариды: характарыстыка

Да дадзенай катэгорыі адносяцца ўсе простыя вугляводы, якія ўтрымліваюць альдегидную (альдозы) або кетоны (Кетоз) групоўку і не больш за 10 атамаў вугляроду ў будынку ланцуга. Калі глядзець па колькасці атамаў у асноўны ланцугу, то моносахариды можна падзяліць на:

• триозы (глицериновый альдэгіды);
• тетрозы (эритрулоза, эритроза);
• пентозы (рыбоза і дезоксирибоза);
• гексозы (глюкоза, фруктоза).

Усе астатнія прадстаўнікі маюць не гэтак важнае значэнне для арганізма, як пералічаныя.

Асаблівасці будовы малекул

Па сваім будынку монозы могуць быць прадстаўлены як у выглядзе ланцужка, так і ў форме цыклічнага вуглявода. Як гэта адбываецца? Уся справа ў тым, што цэнтральны атам вугляроду ў злучэнні з'яўляецца ассиметрическим цэнтрам, вакол якога малекула ў растворы здольная круціцца. Так фармуюцца аптычныя ізамерыя моносахаридов L- і D-формы. Пры гэтым формулу глюкозы, запісаную ў выглядзе прамой ланцужкі, можна разумова ўхапіць за альдегидную групоўку (або кетоны) і згарнуць у клубок. Атрымаецца адпаведная цыклічная формула.

Хімічны будынак вугляводаў шэрагу моноз досыць простае: шэраг вугляродных атамаў, якія ўтвараюць ланцуг або цыкл, ад кожнага з якіх па розныя або па адзін бок размяшчаюцца гидроксильные групоўкі і атамы вадароду. Калі ўсё аднайменныя структуры па адзін бок, то тады фармуецца D-ізамер, калі па розныя з чаргаваннем адзін аднаго - тады L-ізамер. Калі запісаць агульную формулу самага распаўсюджанага прадстаўніка моносахаридов глюкозы ў малекулярным выглядзе, то яна будзе мець выгляд: З ₆ Н ₁₂ Аб _6. Прычым гэты запіс адлюстроўвае будова і фруктозы таксама. Бо хімічна гэтыя дзве монозы - структурныя ізамерыя. Глюкоза - альдегидоспирт, фруктоза - кетоспирт.

Будова і ўласцівасці вугляводаў шэрагу моносахаридов цесна ўзаемазвязаны. Бо з-за наяўнасці альдегидной і кетонаў групоўкі ў складзе структуры яны адносяцца да альдегидо- і кетоноспиртам, што і вызначае іх хімічную прыроду і рэакцыі, у якія яны здольныя ўступаць.

Так, глюкоза праяўляе наступныя хімічныя ўласцівасці:

1. Рэакцыі, абумоўленыя наяўнасцю карбанільных групы:

• акісленне - рэакцыя "срэбнага люстэрка";
• са свежеосажденным гідраксідам медзі (II) - альдоновая кіслата;
• моцныя акісляльнікі здольныя сфармаваць двухосновные кіслаты (альдаровые), пераўтвараючы не толькі альдегидную, але і адну гидроксильную групоўку;
• аднаўленне - пераўтворыцца ў Многоатомные спірты.

2. У малекуле прысутнічаюць і гидроксильные групы, што адлюстроўвае будынак. Ўласцівасці вугляводаў, на якія ўплываюць дадзеныя групоўкі:

• здольнасць да алкілавання - адукацыі простых эфіраў;
• ацилирование - фарміраванне складаных эфіраў ;
• якасная рэакцыя на гідраксід медзі (II).

3. Узкоспецифические ўласцівасці глюкозы:

• маслянокислое;
• спіртовае;
• малочнакіслае закісанне.

Якія выконваюцца функцыі ў арганізме

Будова і функцыі вугляводаў шэрагу моноз цесна звязаныя. Апошнія заключаюцца, перш за ўсё, ва ўдзеле ў біяхімічных рэакцыях жывых арганізмаў. Якую ж ролю гуляюць моносахариды ў гэтым?

1. Аснова для вытворчасці олиго- і поліцукрыдаў.
2. Пентозы (рыбоза і дезоксирибоза) - важнейшыя малекулы, якія ўдзельнічаюць у адукацыі АТФ, РНК, ДНК. А яны, у сваю чаргу, галоўныя пастаўшчыкі спадчыннага матэрыялу, энергіі і бялку.
3. Канцэнтрацыйных ўтрыманне глюкозы ў крыві чалавека - дакладны паказчык асматычнага ціску і яго зменаў.

Алігацукрыды: будова

Будова вугляводаў дадзенай групы зводзіцца да наяўнасці двух (диозы) або трох (триозы) малекул моносахаридов ў складзе. Існуюць і тыя, у складзе якіх 4, 5 і больш структур (да 10), аднак самымі распаўсюджанымі з'яўляюцца дисахариды. Гэта значыць пры гідроліз такія злучэнні распадаюцца з адукацыяй глюкозы, фруктозы, пентозы і гэтак далей. Якія злучэння ставяцца да гэтай катэгорыі? Тыповы прыклад - гэта цукроза (звычайны трысняговы цукар), лактоза (асноўны кампанент малака), мальтозу, лактулозай, изомальтоза.

Хімічны будынак вугляводаў гэтага шэрагу валодае наступнымі асаблівасцямі:

1. Агульная формула малекулярнага выгляду: З ₁₂ Н ₂₂ Аб _11.
2. Два аднолькавых або розных астатку монозы ў структуры дисахарида злучаюцца паміж сабой пры дапамозе гликозидного мастка. Ад характару гэтага злучэння будзе залежаць аднаўляе здольнасць цукру.
3. Аднаўляюць дисахариды. Будова вугляводаў дадзенага тыпу заключаецца ў адукацыі гликозидного мастка паміж гидроксилом альдегидной і гидроксильной гурты розных малекул моноз. Сюды адносяцца: мальтозу, лактоза і гэтак далей.
4. Невосстанавливающие - тыповы прыклад цукроза - калі масток фарміруецца паміж гидроксилами толькі адпаведных груп, без удзелу альдегидной структуры.

Такім чынам, будова вугляводаў коратка можна прадставіць у выглядзе малекулярнай формулы. Калі ж неабходная падрабязная разгорнутая структура, то адлюстраваць яе можна з дапамогай графічных праекцый Фішэра або формул Хеуорса. А канкрэтна два цыклічных мономера (монозы) альбо розныя, або аднолькавыя (залежыць ад Алігацукрыды), злучаныя паміж сабой гликозидным мастком. Пры пабудове варта ўлічваць аднаўленчую здольнасць для правільнага адлюстравання сувязі.

Прыклады малекул дисахаридов

Калі заданне стаіць у форме: "Адзначце асаблівасці будынка вугляводаў", то для дисахаридов лепш за ўсё спачатку паказаць, з якіх рэшткаў моноз ён складаецца. Самыя распаўсюджаныя тыпы такія:

• цукроза - пабудавана з альфа-глюкозы і Бэці-фруктозы;
• мальтозу - з рэшткаў глюкозы;
• целлобиоза - складаецца з двух рэшткаў Бэці-глюкозы D-формы;
• лактоза - галактоза + глюкоза;
• лактулозай - галактоза + фруктоза і гэтак далей.

Затым па наяўных рэштках варта складаць структурную формулу з выразным прапісванне тыпу гликозидного мастка.

Значэнне для жывых арганізмаў

Вельмі вялікая і ролю дисахаридов, важна не толькі будынак. Функцыі вугляводаў і тлушчаў у цэлым падобныя. У аснове ляжыць энергетычны складнік. Тым не менш для некаторых асобных дисахаридов варта паказаць іх асаблівае значэнне.

1. Цукроза - галоўная крыніца глюкозы ў арганізме чалавека.
2. Лактоза змяшчаецца ў грудным малацэ млекакормячых, у тым ліку ў жаночым да 8%.
3. Лактулозай атрымліваецца ў лабараторыі для выкарыстання ў медыцынскіх мэтах, а таксама дадаецца ў вытворчасці малочных прадуктаў.

Любы дисахарид, трисахарид і гэтак далей у арганізме чалавека і іншых істот падвяргаецца маментальнага гідролізу з адукацыяй моноз. Менавіта гэтая асаблівасць і ляжыць у аснове выкарыстання гэтага класа вугляводаў чалавекам у сырам, нязменным выглядзе (бураковы ці трысняговы цукар).

Поліцукрыды: асаблівасці малекул

Функцыі, склад і будова вугляводаў дадзенага шэрагу маюць вялікае значэнне для арганізмаў жывых істот, а таксама для гаспадарчай дзейнасці чалавека. Па-першае, варта разабрацца, якія ж вугляводы ставяцца да поліцукрыдаў.

Іх досыць шмат:

• крухмал;
• глікаген;
• муреин;
• глюкоманнан;
• цэлюлоза;
• дэкстрыны;
• галактоманнан;
• муромин;
• пекцінавыя рэчывы;
• амилоза;
• хітын.

Гэта не поўны спіс, а толькі самыя значныя для жывёл і раслін. Калі выконваць заданне "Адзначце асаблівасці будынка вугляводаў шэрагу поліцукрыдаў", то ў першую чаргу варта звярнуць увагу на іх прасторавую структуру. Гэта вельмі аб'ёмныя, гіганцкія малекулы, якія складаюцца з сотняў мономерных звёнаў, пашытых паміж сабой гликозидными хімічнымі сувязямі. Часцяком будову малекул вугляводаў поліцукрыдаў ўяўляе сабой слаістай кампазіцыі.

Існуе пэўная класіфікацыя такіх малекул.

1. Гомополисахариды - складаюцца з аднолькавых шматкроць паўтаральных звёнаў моносахаридов. У залежнасці ад монозы могуць быць гексозами, пентозы і гэтак далей (глюканы, манна, галактаны).
2. Гетерополисахариды - ўтвораны рознымі мономерных звёнамі.

Да злучэнням з лінейнай прасторавай структурай варта адносіць, напрыклад, цэлюлозу. Разгалінаванае будынак мае большасць поліцукрыдаў - крухмал, глікаген, хітын і гэтак далей.

Ролю ў арганізме жывых істот

Будова і функцыі вугляводаў гэтай групы цесна звязаны з жыццядзейнасцю ўсіх істот. Так, напрыклад, расліны ў выглядзе запаснога пажыўнага рэчыва назапашваюць у розных частках ўцёкаў або кораня крухмал. Асноўная крыніца энергіі для жывёл - зноў жа поліцукрыды, пры расшчапленні якіх утворыцца досыць шмат энергіі.

Вугляводы ў будынку клеткі адыгрываюць вельмі значную ролю. З хітыну складаецца покрыва многіх насякомых і ракападобных, муреин - кампанент клеткавай сценкі бактэрый, цэлюлоза - аснова раслін.

Запасное пажыўнае рэчыва жывёльнага паходжання - гэта малекулы глікагену, або, як яго часцей называюць, жывёльнага тлушчу. Ён запасіцца ў асобных частках арганізма і выконвае не толькі энергетычную, але і ахоўную функцыю ад механічных уздзеянняў.

Для большасці арганізмаў мае вялікае значэнне будынак вугляводаў. Біялогія кожнай жывёлы і расліны такая, што патрабуе пастаяннага крыніцы энергіі, невычэрпнага. А гэта могуць даць толькі яны, прычым больш за ўсё менавіта ў форме поліцукрыдаў. Так, поўнае расшчапленне 1 г вуглявода ў выніку метабалічных працэсаў прыводзіць да вызвалення 4,1 ккал энергіі! Гэта максімум, больш не дае ні адно злучэнне. Менавіта таму вугляводы абавязкова павінны прысутнічаць у рацыёне любога чалавека і жывёлы. Расліны ж клапоцяцца пра сябе самі: у працэсе фотасінтэзу яны фармуюць ўнутры сябе крухмал і запасяць яго.

Агульныя ўласцівасці вугляводаў

Будова тлушчаў, бялкоў і вугляводаў у цэлым падобна. Бо ўсе яны з'яўляюцца макрамалекуламі. Нават некаторыя іх функцыі маюць агульную прыроду. Варта абагульніць ролю і значэнне ўсіх вугляводаў у жыцці біямасы планеты.

1. Склад і будова вугляводаў маюць на ўвазе выкарыстанне іх у якасці будаўнічага матэрыялу для абалонкі раслінных клетак, мембраны жывёл і бактэрыяльных, а таксама адукацыі ўнутрыклеткавых арганэл.
2. Ахоўная функцыя. Характэрная для раслінных арганізмаў і выяўляецца ў фарміраванні ў іх шыпоў, калючак і гэтак далей.
3. Пластычная ролю - адукацыя жыццёва важных малекул (ДНК, РНК, АТФ і іншых).
4. Рэцэптарнымі функцыя. Поліцукрыды і алігацукрыды - актыўныя ўдзельнікі транспартных пераносаў праз клеткавую мембрану, "варты", якія ўлоўліваюць ўздзеяння.
5. Энергетычная ролю самая значная. Прадастаўляе максімум энергіі для ўсіх ўнутрыклеткавых працэсаў, а таксама працы ўсяго арганізма ў цэлым.
6. Рэгуляцыя асматычнага ціску - глюкоза ажыццяўляе такі кантроль.
7. Некаторыя поліцукрыды становяцца запасным пажыўным рэчывам, крыніцай энергіі для жывёл істот.

Такім чынам, відавочна, што будынак тлушчаў, бялкоў і вугляводаў, іх функцыі і ролю ў арганізмах жывых сістэм маюць вырашальнае і вызначальнае значэнне. Дадзеныя малекулы - стваральнікі жыцця, яны ж яе захоўваюць і падтрымліваюць.

Вугляводы з іншымі высокамалекулярныя злучэнні

Таксама вядомая роля вугляводаў не ў чыстым выглядзе, а ў спалучэнні з іншымі малекуламі. Да такіх можна аднесці такія самыя распаўсюджаныя, як:

• гликозаминогликаны або мукополисахариды;
• глікапратэіны.

Будова і ўласцівасці вугляводаў такога віду дастаткова складанае, бо ў комплекс злучаюцца самыя розныя функцыянальныя групы. Асноўная роля малекул гэтага тыпу - удзел у многіх жыццёвых працэсах арганізмаў. Прадстаўнікамі з'яўляюцца: гіалуроновая кіслата, хондроитинсульфат, гепаран, кератан-сульфат і іншыя.

Таксама існуюць комплексы поліцукрыдаў з іншымі біялагічна актыўнымі малекуламі. Напрыклад, гликопротеиды або липополисахариды. Іх існаванне мае важнае значэнне пры фарміраванні імуналагічных рэакцый арганізма, так як яны ўваходзяць у склад клетак лімфатычнай сістэмы.