Молекули вуглеводів: будова, різні типи та приклади

Багато природних матеріалів - це полімери, включаючи целюлозу деревини та вуглеводи в їжі. Вони називаються біополімерами, і це гігантські молекули, зроблені з ланцюжків або мереж з’єднаних невеликих органічних молекул. Чотири найважливіших класи біологічних молекул - це білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти та вуглеводи. Ця стаття ділиться загальним оглядом атомів вуглецю, які називаються вуглеводами, що вони собою являють і чому вони важливі.

Як випливає з назви, вуглеводи - це гідрати вуглецю. Це означає, що вони мають вуглець, водень та кисень. Загалом формулою молекули вуглеводів є СН₂O, а співвідношення елементів для вуглеводів становить 1: 2: 1 для C: H: O.

Щоб зробитиполімербудь-якого роду, вам потрібні мономери. Мономери - це окремі одиниці, які є будівельними блоками довшого ланцюга. Мономерами вуглеводів є моносахариди. Моносахариди можна знайти як у прямому вуглецевому ланцюгу, так і в кільці. Всі моносахариди мають формулу С₆H₁₂О₆. Як такі, вони є структурними ізомерами. Приклади різних моносахаридів будуть наведені в розділі нижче. Моносахариди - це те, що відоме як прості цукри.

Дисахариди утворюються внаслідок реакції дегідратації, яка дозволяє моносахаридам об’єднуватися. Тривале зневоднення призводить до додавання більшої кількості мономерів з утворенням полісахариду.

Прості вуглеводи називаються простими цукрами. Полісахариди - це те, що відоме як складні вуглеводи. Хімічно це означає три або більше пов'язаних цукрів. Приклади загальних дисахаридів та полісахаридів наведені нижче.

Глюкоза - найпоширеніший вуглевод і один з найважливіших. Глюкоза - це альдоза (у ланцюговій формі вона містить альдегід) і гексоза (шестивуглецевий цукор). У водному розчині глюкоза в основному міститься в циклічній формі.

Глюкоза виробляється рослинами під час фотосинтезу з використанням вуглекислого газу та сонячного світла. З молекул глюкози роблять крохмаль для зберігання в рослинах. Люди отримують глюкозу, харчуючись рослинами.

Люди використовують глюкозу для отримання енергії. Процеси гліколізу та клітинного дихання дозволяють клітині розщеплювати молекули глюкози як спосіб вилучення енергії з їжі, яку ви їсте. В результаті клітинного дихання ви в результаті регенеруєте молекули АТФ, які є енергетичною валютою організму.

Фруктоза - ще один поширений моносахарид. Можливо, ви чули про “високу фруктозу” у продуктах та напоях. Це фруктоза, про яку вони говорять! Фруктоза - це гексоза, подібно до глюкози, але це кетоза замість альдози. Загальний столовий цукор - це дисахарид, що складається з молекули глюкози та молекули фруктози. Стіл цукру хімічно відомий як сахароза, і про це ви можете прочитати нижче.

Галактоза - ще один моносахарид, який являє собою альдозу та гексозу. Він зазвичай зустрічається як моносахарид у горосі.

Галактоземія - захворювання, при якому ферменту, необхідного для перетворення галактози в глюкозу, немає. Це велика проблема для новонароджених, якщо їх не зловити рано. Без ферменту рівень галактози в крові високий і може спричинити різні симптоми, включаючи втрату ваги та жовтяницю. Якщо їх виявити рано, тоді всі джерела галактози можна вилучити з раціону дитини. Зрештою, дитина виробляє альтернативний шлях метаболізму галактози.

Можливо, ви чули про цей цукор як про частину іншого типу важливої ​​біологічної макромолекули - нуклеїнових кислот. Рибоза та дезоксирибоза є важливими частинами нуклеїнових кислот. Вони складають цукрово-фосфатний кістяк. У РНК міститься рибоза, а в ДНК - дезоксирибоза.

Дисахариди утворюються черезреакція зневоднення. Наприклад, коли дві молекули глюкози утворюють дисахарид, спиртова група на одній глюкозі, а водень із спиртової групи на іншій спирті утворюють воду. Залишився зв'язок через кисень між двома мономерами. Ця зв'язок називається глікозидною зв'язком або глікозидною зв'язком.

Дисахариди люди не можуть метаболізувати. Чому? Ну, дисахарид занадто великий, щоб проходити крізь клітинну мембрану. Як результат, будь-які дисахариди (або більші ланцюги) повинні спочатку розщеплюватися ферментом. Після цього складові моносахариди можуть метаболізуватися.

Ви, мабуть, дуже добре знайомі з сахарозою. Цукроза також відома як столовий цукор або просто цукор. Сахароза - це цукор, який ви додаєте в суміш, коли намагаєтесь приготувати торт.

Сахароза виробляється, коли глюкоза та фруктоза утворюють дисахарид. Оскільки фруктоза солодша за сахарозу, при гідролізі сахарози до складових частин розчин стає ще солодшим. Бджоли гідролізують сахарозу до глюкози та фруктози. Ось чому мед такий солодкий.

Для того, щоб розщепити сахарозу, потрібно мати фермент сахаразу.

Лактоза - це цукор, що міститься в молоці. Він міститься в молоці людини та інших ссавців. Лактоза складається з галактози та глюкози. Він майже не такий солодкий, як сахароза (як ви, напевно, могли здогадатися, оскільки молоко не таке солодке, як цукор!)

Для того щоб розщепити лактозу на складові частини, потрібно мати фермент лактазу. Особи, які не мають лактази, називаються "непереносимістю лактози". Багато людей дещо не переносять лактозу; вони просто можуть цього не знати.

Мальтоза - це дисахарид, утворений двома мономерами глюкози. Для розщеплення мальтози людському організму потрібен фермент мальтаза.

Полісахариди - це ланцюги моносахаридів, з'єднані багатьма глікозидними зв'язками. Полісахариди - це найпоширеніші молекули вуглеводів, що містяться в живих організмах, оскільки вони виконують різноманітні функції, включаючи надання рослинам структури та накопичення енергії.

Вони утворюються в результаті реакції між спиртовою (-ОН) групою однієї молекули глюкози та спиртовою групою на іншій молекулі глюкози, створюючи зв’язки. Ці зв'язки здійснюються знову і знову між моносахаридами. Цей тип реакції називається реакцією полімеризації конденсації (або синтезом дегідратації) оскільки молекула води утворюється з функціональної групи ОН одного спирту, а Н - з іншої алкоголь.

Крохмаль - один з найважливіших вуглеводів, оскільки він складає велику частину раціону людини. Крохмаль - це полімер, який зберігає глюкозу в рослинах, особливо в бульбах (думаю, картопля). Хоча люди можуть їсти крохмаль для енергії, рослини також можуть розщеплювати крохмаль і використовувати глюкозу для енергії, коли вони не можуть фотосинтезувати стільки.

Цей полісахарид складається з амілози (ланцюги глюкози) та амілопектину (розгалужені ланцюги глюкози).

Для того щоб розщепити крохмаль, людський організм використовує багато ферментів, відомих як амілази. Ці ферменти розщеплюють довгі ланцюги крохмалю на менші одиниці, які організм людини може метаболізувати. Амілази можна виявити у роті. Ось чому травлення починається у роті.

Целюлоза - це вуглевод, що міститься в рослинах. Це життєво важливий структурний компонент стінок рослинних клітин. Ви також можете знайти його в різних рослинних волокнах, таких як бавовняні. Без целюлози рослини були б набагато флоппі.

Целюлоза - це лінійний полімер глюкози. Особлива конформація глікозидних зв’язків у целюлозі не засвоюється людиною. Таким чином, людина може їсти крохмаль, але не целюлозу.

Глікоген - це полісахарид, який тварини використовують для накопичення енергії. Глікоген, який складається з сильно розгалужених ланцюгів глюкози, в основному зберігається в печінці. Коли ви нічого не їсте або перебуваєте у стані голодування, ваше тіло використовує глікоген, що знаходиться в цих магазинах, для отримання необхідної вам глюкози як джерела енергії.