Углеводные молекулы: структура, различные типы и примеры

Многие природные материалы представляют собой полимеры, в том числе древесную целлюлозу и пищевые углеводы. Их называют биополимерами, и они представляют собой гигантские молекулы, состоящие из цепочек или сетей связанных небольших органических молекул. Четыре из наиболее важных классов биологических молекул - это белки, липиды, нуклеиновые кислоты и углеводы. В этой статье дается общий обзор атомов углерода, называемых углеводами, что они такое и почему они важны.

Как следует из названия, углеводы - это гидраты углерода. Это означает, что в них есть углерод, водород и кислород. В общем, формула молекулы углевода - CH₂O, а соотношение элементов для углеводов составляет 1: 2: 1 для C: H: O.

Сделатьполимерлюбого рода вам нужны мономеры. Мономеры - это отдельные единицы, которые являются строительными блоками более длинной цепи. Мономеры углеводов - моносахариды. Моносахариды можно найти как в прямой углеродной цепи, так и в кольце. Все моносахариды имеют формулу C

Дисахариды образуются в результате реакции дегидратации, которая позволяет моносахаридам объединяться. Продолжающаяся дегидратация приводит к добавлению большего количества мономеров с образованием полисахарида.

Простые углеводы называются простыми сахарами. Полисахариды - это так называемые сложные углеводы. Химически это означает три или более связанных сахара. Примеры обычных дисахаридов и полисахаридов приведены ниже.

Глюкоза - самый распространенный и один из самых важных углеводов. Глюкоза представляет собой альдозу (в цепной форме содержит альдегид) и гексозу (шестиуглеродный сахар). В водном растворе глюкоза в основном находится в циклической форме.

Глюкоза вырабатывается растениями во время фотосинтеза с использованием углекислого газа и солнечного света. Молекулы глюкозы превращаются в крахмал для хранения в растениях. Люди получают глюкозу, поедая растения.

Люди используют глюкозу для получения энергии. Процессы гликолиза и клеточного дыхания позволяют клетке расщеплять молекулы глюкозы как способ извлечения энергии из пищи, которую вы едите. В результате клеточного дыхания вы в конечном итоге регенерируете молекулы АТФ, которые являются энергетической валютой тела.

Фруктоза - еще один распространенный моносахарид. Возможно, вы слышали о «высоком содержании фруктозы» в продуктах и ​​напитках. Они говорят о фруктозе! Фруктоза - это гексоза, как и глюкоза, но это кетоза, а не альдоза. Обычный столовый сахар - это дисахарид, состоящий из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Столовый сахар химически известен как сахароза, и вы можете прочитать об этом ниже.

Галактоза - это еще один моносахарид, представляющий собой альдозу и гексозу. Обычно он содержится в горохе в виде моносахарида.

Галактоземия - это заболевание, при котором отсутствует фермент, необходимый для преобразования галактозы в глюкозу. Это большая проблема для новорожденных, если не поймать их на ранней стадии. Без фермента уровень галактозы в крови высок и может вызывать множество симптомов, включая потерю веса и желтуху. При раннем обнаружении все источники галактозы можно исключить из рациона ребенка. В конце концов, у ребенка появляется альтернативный путь метаболизма галактозы.

Возможно, вы слышали об этом сахаре как о части другого типа важных биологических макромолекул: нуклеиновых кислотах. Рибоза и дезоксирибоза являются важными составляющими нуклеиновых кислот. Они составляют сахарно-фосфатный каркас. Рибоза содержится в РНК, а дезоксирибоза - в ДНК.

Дисахариды образуются черезреакция обезвоживания. Например, когда две молекулы глюкозы образуют дисахарид, спиртовая группа одной глюкозы и водород спиртовой группы другого спирта образуют воду. Остается только кислородная связь между двумя мономерами. Эта связь называется гликозидной связью или гликозидной связью.

Дисахариды не усваиваются человеком. Почему? Ну, дисахарид слишком велик, чтобы пройти через клеточную мембрану. В результате любые дисахариды (или более крупные цепи) сначала должны быть расщеплены ферментом. После этого входящие в состав моносахариды могут метаболизироваться.

Вы, наверное, хорошо знакомы с сахарозой. Сахароза также известна как столовый сахар или просто сахар. Сахароза - это сахар, который вы добавляете в смесь, когда пытаетесь испечь торт.

Сахароза образуется, когда глюкоза и фруктоза образуют дисахарид. Поскольку фруктоза слаще сахарозы, при гидролизе сахарозы на ее составные части раствор становится еще слаще. Пчелы гидролизуют сахарозу до глюкозы и фруктозы. Вот почему мед такой сладкий.

Чтобы расщепить сахарозу, вам нужен фермент сахароза.

Лактоза - это сахар, содержащийся в молоке. Он содержится в молоке человека и других млекопитающих. Лактоза состоит из галактозы и глюкозы. Оно не так сладко, как сахароза (как вы, наверное, догадались, ведь молоко не так сладко, как сахар!).

Для того, чтобы расщепить лактозу на составные части, вам необходим фермент лактаза. Людей, у которых нет лактазы, называют «непереносимостью лактозы». Многие люди имеют некоторую непереносимость лактозы; они просто могли этого не знать.

Мальтоза - это дисахарид, образованный двумя мономерами глюкозы. Для расщепления мальтозы человеческому организму необходим фермент мальтаза.

Полисахариды представляют собой цепи моносахаридов, соединенных множеством гликозидных связей. Полисахариды - самые распространенные молекулы углеводов, обнаруженные в живых организмах, поскольку они выполняют множество функций, включая обеспечение структуры растений и накопление энергии.

Они образуются в результате реакции между спиртовой (-ОН) группой одной молекулы глюкозы и спиртовой группой другой молекулы глюкозы, создавая связи. Эти связи возникают снова и снова между моносахаридами. Этот тип реакции называется реакцией конденсационной полимеризации (или дегидратационным синтезом). потому что молекула воды образована из функциональной группы OH одного спирта и H из другого алкоголь.

Крахмал - один из важнейших углеводов, поскольку он составляет большую часть рациона человека. Крахмал - это полимер, который накапливает глюкозу в растениях, особенно в клубнях (например, в картофеле). В то время как люди могут потреблять крахмал для получения энергии, растения также могут расщеплять крахмал и использовать глюкозу для получения энергии, когда они не могут фотосинтезировать столько же.

Этот полисахарид состоит из амилозы (цепи глюкозы) и амилопектина (разветвленные цепи глюкозы).

Чтобы расщепить крахмал, человеческий организм использует многие ферменты, известные как амилазы. Эти ферменты расщепляют длинные цепи крахмала на более мелкие единицы, которые человеческое тело может метаболизировать. Амилазы можно найти во рту. Вот почему пищеварение начинается во рту.

Целлюлоза - это углевод, содержащийся в растениях. Это жизненно важный структурный компонент стенок растительных клеток. Вы также можете найти его в различных растительных волокнах, таких как хлопок. Без целлюлозы растения были бы намного мягче.

Целлюлоза - это линейный полимер глюкозы. Особая конформация гликозидных связей в целлюлозе не усваивается человеком. Таким образом, люди могут есть крахмал, но не целлюлозу.

Гликоген - это полисахарид, который животные используют для хранения энергии. Гликоген, состоящий из сильно разветвленных цепей глюкозы, в основном хранится в печени. Когда вы ничего не едите или находитесь в состоянии голодания, ваше тело использует гликоген, который находится в этих запасах, для получения необходимой вам глюкозы в качестве источника энергии.