Sacharidové molekuly: štruktúra, rôzne typy a príklady

Mnoho prírodných materiálov sú polyméry, vrátane celulózy z dreva a sacharidov v potravinách. Nazývajú sa biopolyméry a sú to obrovské molekuly vyrobené z reťazcov alebo sietí spojených malých organických molekúl. Štyri z najdôležitejších tried biologických molekúl sú proteíny, lipidy, nukleové kyseliny a sacharidy. Tento článok zdieľa všeobecný prehľad o atómoch uhlíka nazývaných uhľohydráty, o to, čo sú a prečo sú dôležité.

Ako naznačuje názov, sacharidy sú hydráty uhlíka. To znamená, že majú uhlík, vodík a kyslík. Všeobecne vzorec pre molekulu uhľohydrátu je CH₂O a elementárny pomer pre uhľohydrát je 1: 2: 1 pre C: H: O.

Ak chcete urobiťpolymérvšetkého druhu, potrebujete monoméry. Monoméry sú jednotlivé jednotky, ktoré sú stavebnými kameňmi dlhšieho reťazca. Monoméry sacharidov sú monosacharidy. Monosacharidy sa nachádzajú buď v priamom uhlíkovom reťazci, alebo v kruhu. Všetky monosacharidy majú vzorec C.₆H₁₂O₆. Ako také sú to štruktúrne izoméry. Príklady rôznych monosacharidov budú uvedené v nasledujúcej časti. Monosacharidy sú známe ako jednoduché cukry.

Disacharidy sa tvoria dehydratačnou reakciou, ktorá umožňuje spojenie monosacharidov. Pokračujúca dehydratácia vedie k pridaniu ďalších monomérov za vzniku polysacharidu.

Jednoduché sacharidy sa nazývajú jednoduché cukry. Polysacharidy sú známe ako komplexné sacharidy. Chemicky to znamená tri alebo viac prepojených cukrov. Príklady bežných disacharidov a polysacharidov sú uvedené nižšie.

Glukóza je najbežnejším sacharidom a jedným z najdôležitejších. Glukóza je aldóza (vo forme reťazca, obsahuje aldehyd) a hexóza (šesťuhlíkový cukor). Vo vodnom roztoku sa glukóza nachádza predovšetkým v cyklickej forme.

Glukózu si rastliny vytvárajú počas fotosyntézy pomocou oxidu uhličitého a slnečného žiarenia. Z molekúl glukózy sa vyrába škrob na skladovanie v rastlinách. Ľudia získavajú glukózu konzumáciou rastlín.

Ľudia používajú glukózu na energiu. Procesy glykolýzy a bunkového dýchania umožňujú bunke rozkladať molekuly glukózy ako spôsob získavania energie z potravy, ktorú konzumujete. V dôsledku bunkového dýchania skončíte regeneráciou molekúl ATP, ktoré sú energetickou menou tela.

Fruktóza je ďalším bežným monosacharidom. Možno ste už počuli o „vysokej fruktóze“ v potravinách a nápojoch. Toto je fruktóza, o ktorej hovoria! Fruktóza je hexóza rovnako ako glukóza, ale je to ketóza namiesto aldózy. Bežným stolovým cukrom je disacharid vyrobený z molekuly glukózy a fruktózy. Stolový cukor je chemicky známy ako sacharóza a o tom si môžete prečítať nižšie.

Galaktóza je ďalší monosacharid, ktorým je aldóza a hexóza. Bežne sa nachádza v hrášku ako monosacharid.

Galaktozémia je ochorenie, pri ktorom nie je prítomný enzým potrebný na premenu galaktózy na glukózu. To predstavuje veľký problém pre novorodencov, ak nie sú včasne chytení. Bez tohto enzýmu sú hladiny galaktózy v krvi vysoké a môžu spôsobiť rôzne príznaky vrátane chudnutia a žltačky. Ak sa zistí včas, potom môžu byť z potravy dieťaťa odstránené všetky zdroje galaktózy. Nakoniec si dieťa vyvinie alternatívny spôsob metabolizácie galaktózy.

Možno ste už počuli o tomto cukre ako súčasť iného typu dôležitej biologickej makromolekuly: nukleových kyselín. Ribóza a deoxyribóza sú dôležitou súčasťou nukleových kyselín. Tvoria hlavný reťazec cukor-fosfát. Ribóza sa nachádza v RNA a deoxyribóza sa nachádza v DNA.

Disacharidy sa tvoria prostredníctvom adehydratačná reakcia. Napríklad, keď dve molekuly glukózy tvoria disacharid, alkoholová skupina na jednej glukóze a vodík z alkoholovej skupiny na inom alkohole tvoria vodu. Zostáva väzba cez kyslík medzi dvoma monomérmi. Táto väzba sa nazýva glykozidová väzba alebo glykozidová väzba.

Človek nemôže disacharidy metabolizovať. Prečo? Disacharid je príliš veľký na to, aby prešiel cez bunkovú membránu. Vo výsledku musia byť všetky disacharidy (alebo väčšie reťazce) najskôr štiepené enzýmom. Potom môžu byť základné monosacharidy metabolizované.

Sacharózu pravdepodobne veľmi dobre poznáte. Sacharóza je tiež známa ako stolový cukor alebo len cukor. Sacharóza je cukor, ktorý pridáte do zmesi, keď sa pokúšate pripraviť koláč.

Sacharóza sa vytvára, keď glukóza a fruktóza tvoria disacharid. Pretože je fruktóza sladšia ako sacharóza, je hydrolýza sacharózy na jednotlivé zložky ešte vyššia. Včely hydrolyzujú sacharózu na glukózu a fruktózu. Preto je med taký sladký.

Aby ste mohli rozložiť sacharózu, musíte mať enzým sacharáza.

Laktóza je cukor, ktorý sa nachádza v mlieku. Nachádza sa v mlieku ľudí a iných cicavcov. Laktóza sa skladá z galaktózy a glukózy. Nie je to ani zďaleka také sladké ako sacharóza (ako by ste si asi mohli domyslieť, pretože mlieko nie je také sladké ako cukor!).

Aby ste mohli rozdeliť laktózu na jednotlivé zložky, musíte mať enzým laktázu. Jedinci, ktorí nemajú laktázu, sa nazývajú „intolerantní na laktózu“. Mnoho ľudí trochu netoleruje laktózu; len to možno nevedia.

Maltóza je disacharid tvorený dvoma monomérmi glukózy. Na odbúranie maltózy potrebuje ľudské telo enzým maltáza.

Polysacharidy sú reťazce monosacharidov spojené mnohými glykozidovými väzbami. Polysacharidy sú najhojnejšie sa vyskytujúce molekuly uhľohydrátov v živých organizmoch, pretože slúžia na rôzne funkcie vrátane poskytovania štruktúry rastlinám a ukladania energie.

Vznikajú reakciou medzi alkoholovou (-OH) skupinou jednej molekuly glukózy a alkoholovou skupinou na inej molekule glukózy a vytvárajú väzby. Tieto väzby sa vytvárajú znova a znova medzi monosacharidmi. Tento typ reakcie sa nazýva kondenzačná polymerizačná reakcia (alebo dehydratačná syntéza). pretože molekula vody je vytvorená z OH funkčnej skupiny jedného alkoholu a H z druhého alkoholu.

Škrob je jedným z najdôležitejších sacharidov, pretože tvorí veľkú časť ľudskej stravy. Škrob je polymér, ktorý uchováva glukózu v rastlinách, najmä v hľuzách (napríklad zemiakoch). Zatiaľ čo ľudia môžu jesť škrob ako energiu, rastliny môžu tiež štiepiť škrob a využívať glukózu na energiu, keď nemôžu toľko fotosyntetizovať.

Tento polysacharid je vyrobený z amylózy (reťazce glukózy) a amylopektínu (rozvetvené reťazce glukózy).

Na odbúranie škrobu využíva ľudské telo množstvo enzýmov, ktoré súhrnne známe ako amylázy. Tieto enzýmy rozkladajú dlhé reťazce škrobu na menšie jednotky, ktoré môže ľudské telo metabolizovať. Amylázy sa nachádzajú v ústach. Preto trávenie začína v ústach.

Celulóza je sacharid, ktorý sa nachádza v rastlinách. Je životne dôležitou štrukturálnou súčasťou stien rastlinných buniek. Nájdete ho tiež v rôznych rastlinných vláknach, ako sú bavlnené vlákna. Bez celulózy by boli rastliny oveľa floppierovejšie.

Celulóza je lineárny polymér glukózy. Konkrétna konformácia glykozidových väzieb v celulóze nie je človekom stráviteľná. Ľudia môžu jesť škrob, ale nie celulózu.

Glykogén je polysacharid, ktorý zvieratá používajú na ukladanie energie. Glykogén, ktorý je tvorený vysoko rozvetvenými reťazcami glukózy, sa primárne ukladá v pečeni. Keď nič nejete alebo ste nalačno, vaše telo využíva glykogén, ktorý je v týchto zásobách, na získanie glukózy, ktorú potrebujete ako zdroj energie.