Ogļhidrātu molekulas: struktūra, dažādi veidi un piemēri

Daudzi dabīgi materiāli ir polimēri, ieskaitot koksnes celulozi un pārtikas produktos esošos ogļhidrātus. Tos sauc par biopolimēriem, un tie ir milzu molekulas, kas veidotas no saistītu mazu organisko molekulu ķēdēm vai tīkliem. Četras no vissvarīgākajām bioloģisko molekulu klasēm ir olbaltumvielas, lipīdi, nukleīnskābes un ogļhidrāti. Šajā rakstā ir kopīgs pārskats par oglekļa atomiem, ko sauc par ogļhidrātiem, kas tie ir un kāpēc tie ir svarīgi.

Kā norāda nosaukums, ogļhidrāti ir oglekļa hidrāti. Tas nozīmē, ka viņiem ir ogleklis, ūdeņradis un skābeklis. Parasti ogļhidrātu molekulas formula ir CH₂O, un ogļhidrātu elementu attiecība ir 1: 2: 1 attiecībā uz C: H: O.

Lai veiktu apolimērsjebkura veida, jums ir nepieciešami monomēri. Monomēri ir atsevišķas vienības, kas ir garākas ķēdes pamatelementi. Ogļhidrātu monomēri ir monosaharīdi. Monosaharīdus var atrast vai nu taisnā oglekļa ķēdē, vai gredzenā. Visiem monosaharīdiem ir formula C₆H₁₂O₆. Kā tādi tie ir strukturāli izomēri. Dažādu monosaharīdu piemēri tiks sniegti zemāk esošajā sadaļā. Monosaharīdi ir tā sauktie vienkāršie cukuri.

Disaharīdi tiek veidoti dehidratācijas reakcijas rezultātā, kas ļauj monosaharīdiem apvienoties. Turpinot dehidratāciju, tiek pievienoti vairāk monomēru, veidojot polisaharīdu.

Vienkāršos ogļhidrātus sauc par vienkāršajiem cukuriem. Polisaharīdi ir tā sauktie kompleksie ogļhidrāti. Ķīmiski tas nozīmē trīs vai vairāk saistītos cukurus. Zemāk ir sniegti parasto disaharīdu un polisaharīdu piemēri.

Glikoze ir visizplatītākais ogļhidrāts un viens no svarīgākajiem. Glikoze ir aldoze (ķēdes formā tā satur aldehīdu) un heksoze (sešu oglekļa cukurs). Ūdens šķīdumā glikoze galvenokārt atrodama cikliskā formā.

Glikozi augi ražo fotosintēzes laikā, izmantojot oglekļa dioksīdu un saules gaismu. Glikozes molekulas tiek pagatavotas par cieti uzglabāšanai augos. Cilvēki glikozi iegūst, ēdot augus.

Cilvēki enerģijai izmanto glikozi. Glikolīzes un šūnu elpošanas procesi ļauj šūnai noārdīt glikozes molekulas kā enerģijas iegūšanas veidu no jūsu patērētā pārtikas. Šūnu elpošanas rezultātā jūs galu galā atjaunojat ATP molekulas, kas ir ķermeņa enerģijas valūta.

Fruktoze ir vēl viens izplatīts monosaharīds. Iespējams, esat dzirdējis par “augstu fruktozes līmeni” pārtikas produktos un dzērienos. Tā ir fruktoze, par kuru viņi runā! Fruktoze ir heksoze tāpat kā glikoze, bet tā ir ketoze, nevis aldoze. Parastais galda cukurs ir disaharīds, kas izgatavots no glikozes molekulas un fruktozes molekulas. Galda cukurs ir ķīmiski pazīstams kā saharoze, un vairāk par to varat lasīt tālāk.

Galaktoze ir vēl viens monosaharīds, kas ir aldoze un heksoze. To parasti atrod kā monosaharīdu zirņos.

Galaktozēmija ir slimība, kurā nav fermenta, kas nepieciešams galaktozes pārvēršanai glikozē. Ja agri noķer, tā ir liela problēma jaundzimušajiem. Bez fermenta asinīs galaktozes līmenis ir augsts un var izraisīt dažādus simptomus, tostarp svara zudumu un dzelti. Ja to konstatē agri, tad visus galaktozes avotus var noņemt no bērna uztura. Galu galā bērns izstrādā alternatīvu ceļu galaktozes metabolismam.

Jūs, iespējams, esat dzirdējuši par šo cukuru kā cita veida svarīgu bioloģisko makromolekulu daļu: nukleīnskābēm. Riboze un dezoksiriboze ir svarīgas nukleīnskābju daļas. Tie veido cukura-fosfāta mugurkaulu. Riboze ir atrodama RNS, bet dezoksiriboze - DNS.

Disaharīdi veidojas caur adehidratācijas reakcija. Piemēram, kad divas glikozes molekulas veido disaharīdu, spirta grupa vienā glikozē un ūdeņradis no spirta grupas citā spirtā veido ūdeni. Atlicis savienojums ar skābekli starp abiem monomēriem. Šo saiti sauc par glikozīdu saiti vai glikozīdu saiti.

Cilvēki nevar metabolizēt disaharīdus. Kāpēc? Nu, disaharīds ir pārāk liels, lai izietu caur šūnu membrānu. Tā rezultātā visi disaharīdi (vai lielākas ķēdes) vispirms ir jāsadala ar fermentu. Pēc tam komponentos ietilpstošos monosaharīdus var metabolizēt.

Jūs, iespējams, esat ļoti pazīstams ar saharozi. Saharoze ir pazīstama arī kā galda cukurs vai vienkārši cukurs. Saharoze ir cukurs, ko pievienojat maisījumam, mēģinot pagatavot kūku.

Saharoze rodas, kad glikoze un fruktoze veido disaharīdu. Tā kā fruktoze ir saldāka par saharozi, hidrolizējot saharozi tās sastāvdaļās, šķīdums kļūst vēl saldāks. Bites saharozi hidrolizē glikozē un fruktozē. Tāpēc medus ir tik salds.

Lai sadalītu saharozi, jums ir nepieciešams saharozes ferments.

Laktoze ir piens, kas atrodams pienā. Tas ir atrodams cilvēku un citu zīdītāju pienā. Laktoze sastāv no galaktozes un glikozes. Tas ne tuvu nav tik salds kā saharoze (kā jūs droši vien varētu uzminēt, jo piens nav tik salds kā cukurs!).

Lai sadalītu laktozi tā sastāvdaļās, jums ir nepieciešams laktāzes ferments. Personas, kurām nav laktāzes, sauc par “laktozes nepanesamību”. Daudzi cilvēki ir nedaudz nepanesami pret laktozi; viņi vienkārši to varētu nezināt.

Maltoze ir disaharīds, ko veido divi glikozes monomēri. Lai sadalītu maltozi, cilvēka ķermenim ir nepieciešams enzīms maltāze.

Polisaharīdi ir monosaharīdu ķēdes, kuras savieno daudzas glikozīdu saites. Polisaharīdi ir visizplatītākās ogļhidrātu molekulas, kas sastopamas dzīvajos organismos, jo tiem ir dažādas funkcijas, tostarp struktūras nodrošināšana augiem un enerģijas uzkrāšana.

Tie veidojas, reaģējot starp vienas glikozes molekulas spirta (-OH) grupu un citas glikozes molekulas spirta grupu, izveidojot saites. Šīs saites tiek veidotas atkal un atkal starp monosaharīdiem. Šo reakcijas veidu sauc par kondensācijas polimerizācijas reakciju (vai dehidratācijas sintēzi) jo ūdens molekula veidojas no viena alkohola OH funkcionālās grupas un H no otras alkohols.

Ciete ir viens no svarīgākajiem ogļhidrātiem, jo ​​tā veido lielu daļu no cilvēka uztura. Ciete ir polimērs, kas glabā glikozi augos, īpaši bumbuļos (domājiet par kartupeļiem). Lai gan cilvēki enerģijas dēļ var ēst cieti, augi var arī sadalīt cieti un izmantot glikozi enerģijai, ja nespēj tik daudz fotosintezēt.

Šis polisaharīds ir izgatavots no amilozes (glikozes ķēdes) un amilopektīna (sazarotās glikozes ķēdes).

Lai noārdītu cieti, cilvēka ķermenis izmanto daudzus fermentus, ko kopā sauc par amilāzēm. Šie fermenti sašķeļ garās cietes ķēdes mazākās vienībās, kuras cilvēka ķermenis var metabolizēt. Amilāzes var atrasties mutē. Tāpēc gremošana sākas mutē.

Celuloze ir ogļhidrāts, kas atrodams augos. Tā ir būtiska augu šūnu sienu strukturālā sastāvdaļa. To var atrast arī dažādās augu šķiedrās, piemēram, kokvilnas. Bez celulozes augi būtu daudz vieglāki.

Celuloze ir lineārs glikozes polimērs. Cilvēks nevar sagremot celulozes glikozīdu saišu īpašo formu. Cilvēki kā tāds var ēst cieti, bet ne celulozi.

Glikogēns ir polisaharīds, ko dzīvnieki izmanto enerģijas uzkrāšanai. Glikogēns, kas sastāv no ļoti sazarotām glikozes ķēdēm, galvenokārt tiek uzglabāts aknās. Kad jūs neko neēdat vai esat tukšā dūšā, jūsu ķermenis izmanto glikogēnu, kas atrodas šajos krājumos, lai iegūtu nepieciešamo glikozi kā enerģijas avotu.