2.6: Вуглеводи

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Вуглеводи мають загальну молекулярну формулу CH ₂ O, і тому колись вважалося «гідратованим вуглецем». Однак розташування атомів у вуглеводах має мало спільного з молекулами води. Крохмаль і клітковина - два загальних вуглеводи. Обидва є макромолекулами з молекулярною масою в сотні тисяч. Обидва є полімерами (звідси «полісахариди»); тобто кожен побудований з повторюваних одиниць, мономерів, так само, як ланцюг будується з його ланок. Мономери як крохмалю, так і целюлози однакові: одиниці цукру глюкози.

Моносахариди

Три загальних цукру мають однакову молекулярну формулу: C ₆ H ₁₂ O ₆. Через їх шести атомів вуглецю кожен є гексозою. альт

Ними є:

глюкоза, «цукор в крові», безпосереднє джерело енергії для клітинного дихання
галактоза, цукор в молоці (і йогурт)
фруктоза, цукор, що міститься в меді

Хоча всі три мають однакову молекулярну формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆), розташування атомів відрізняється в кожному конкретному випадку. Такі речовини, як ці три, які мають однакові молекулярні формули, але різні структурні формули, відомі як структурні ізомери. Глюкоза, галактоза і фруктоза - це «поодинокі» цукру або моносахариди. Два моносахариди можуть бути пов'язані між собою, утворюючи «подвійний» цукор або дисахарид.

дисахариди

Три поширених дисахарида:

сахароза — загальний столовий цукор = глюкоза+фруктоза
лактоза - основний цукор в молоці = глюкоза+галактоза
мальтоза — продукт перетравлення крохмалю = глюкоза + глюкоза

Хоча процес зв'язування двох мономерів досить складний, кінцевим результатом в кожному випадку є втрата атома водню (Н) від одного з моносахаридів і гідроксильної групи (ОН) від іншого. Отримана зв'язок між цукрами називається глікозидної зв'язком. Молекулярна формула кожного з цих дисахаридів дорівнює

$C_{12}H_{22}O_{11} = 2 C_6H_{12}O_6 − H_2O$

Всі цукру дуже розчинні у воді через їх багатьох гідроксильних груп. Хоча не настільки концентроване паливо, як жири, цукру є найважливішим джерелом енергії для багатьох клітин. Вуглеводи забезпечують основну частину калорій (4 ккал/грам) в більшості дієт, а крохмалі забезпечують основну частину цього. Крохмалі - це полісахариди.

Полісахариди

Існують три основні полісахаридні полімерні системи, що представляють інтерес: крохмаль, глікоген і целюлоза.

Крохмалі

альт Крохмалі - це полімери глюкози. Зустрічаються два типи:

амілоза складається з лінійних, нерозгалужених ланцюгів з декількох сотень залишків глюкози (одиниць). Залишки глюкози пов'язані глікозидним зв'язком між їх атомами вуглецю #1 і #4.
амілопектин відрізняється від амілози тим, що сильно розгалужується. Приблизно на кожному тридцятому залишку уздовж ланцюга короткий бічний ланцюг прикріплюється глікозидним зв'язком до атома вуглецю #6 (вуглецю над кільцем). Загальна кількість залишків глюкози в молекулі амілопектину становить кілька тисяч.