3.1: Вуглеводи - молекули вуглеводів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4131

Boundless
Boundless

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть будову моно-, ді- та полі-сахаридів

Вуглеводи можуть бути представлені стехіометрической формулою (CH ₂ O) _n, де n - число вуглеводів в молекулі. Тому співвідношення вуглецю до водню до кисню становить 1:2:1 в молекулах вуглеводів. Походження терміна «вуглевод» засноване на його компонентах: вуглеці («карбо») і воді («гідрат»). Вуглеводи класифікуються на три підтипи: моносахариди, дисахариди і полісахариди.

Моносахариди

Моносахариди (моно- = «один»; сахар- = «солодкий») - прості цукру. У моносахаридів кількість вуглецю зазвичай коливається від трьох до семи. Якщо цукор має альдегідну групу (функціональну групу зі структурою R-CHO), він відомий як альдоза, а якщо він має кетонову групу (функціональну групу зі структурою RC (= O) R'), він відомий як кетоза. Залежно від кількості вуглеців у цукрі, вони також можуть бути відомі як тріози (три вуглеці), пентози (п'ять вуглеців) та або гексози (шість вуглеців). Моносахариди можуть існувати як лінійний ланцюг або як кільцеподібні молекули; у водних розчині вони зазвичай зустрічаються в кільцевих формах.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Моносахариди: Моносахариди класифікуються виходячи з положення їх карбонільної групи та кількості вуглеців у хребті. Альдози мають карбонільну групу (позначена зеленим кольором) на кінці вуглецевого ланцюга, а кетози мають карбонільну групу в середині вуглецевого ланцюга. Тріози, пентози та гексози мають відповідно три, п'ять та шість вуглецевих магістралей.

Загальні моносахариди

Глюкоза (C ₆ _{H ₁₂ O 6}) - загальний моносахарид і важливе джерело енергії. Під час клітинного дихання енергія виділяється з глюкози, і ця енергія використовується, щоб допомогти зробити аденозинтрифосфат (АТФ). Рослини синтезують глюкозу за допомогою вуглекислого газу і води, а глюкоза, в свою чергу, використовується для енергетичних потреб рослини.

Галактоза (молочний цукор) і фруктоза (міститься у фруктах) є іншими поширеними моносахаридами. Хоча глюкоза, галактоза і фруктоза мають однакову хімічну формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆), вони відрізняються структурно і стереохімічно. Це робить їх різними молекулами, незважаючи на те, що вони поділяють однакові атоми в однакових пропорціях, і всі вони є ізомерними моносахаридами один одного або ізомерними моносахаридами. Глюкоза і галактоза - альдози, а фруктоза - кетоза.

дисахариди

Дисахариди (ді- = «два») утворюються, коли два моносахариди проходять реакцію зневоднення (також відому як реакція конденсації або синтез зневоднення). Під час цього процесу гідроксильна група одного моносахарида з'єднується з воднем іншого моносахарида, виділяючи молекулу води і утворюючи ковалентний зв'язок. Ковалентний зв'язок, що утворюється між молекулою вуглеводів і іншою молекулою (в даному випадку між двома моносахаридами), відома як глікозидний зв'язок. Глікозидні зв'язки (також звані глікозидними зв'язками) можуть бути альфа- або бета-типу.

Загальні дисахариди

Загальні дисахариди включають лактозу, мальтозу та сахарозу. Лактоза - це дисахарид, що складається з мономерів глюкози і галактози. Він природним чином міститься в молоці. Мальтоза, або солодовий цукор, - це дисахарид, утворений реакцією зневоднення між двома молекулами глюкози. Найбільш поширеним дисахаридом є сахароза, або столовий цукор, який складається з мономерів глюкози і фруктози.

Полісахариди

Довгий ланцюг моносахаридів, пов'язаних глікозидними зв'язками, відома як полісахарид (полі- = «багато»). Ланцюг може бути розгалуженою або нерозгалуженою, а також в ній можуть міститися різні види моносахаридів. Крохмаль, глікоген, целюлоза та хітин є первинними прикладами полісахаридів.

Рослини здатні синтезувати глюкозу, а надлишок глюкози зберігається у вигляді крохмалю в різних частинок рослини, включаючи коріння і насіння. Крохмаль є збереженою формою цукрів у рослині і складається з мономерів глюкози, які з'єднуються α1-4 або 1-6 глікозидними зв'язками. Крохмаль у насінні забезпечує їжу для ембріона, коли він проростає, тоді як крохмаль, який споживається людиною, розщеплюється ферментами на менші молекули, такі як мальтоза та глюкоза. Потім клітини можуть поглинати глюкозу.

Загальні полісахариди

Глікоген - це форма зберігання глюкози у людини та інших хребетних. Він складається з мономерів глюкози. Глікоген є тваринним еквівалентом крохмалю і являє собою сильно розгалужену молекулу, яка зазвичай зберігається в клітині печінки і м'язів. Всякий раз, коли рівень глюкози в крові знижується, глікоген розщеплюється, щоб вивільнити глюкозу в процесі, відомому як глікогеноліз.

Целюлоза - найпоширеніший природний біополімер. Клітинна стінка рослин здебільшого виготовлена з целюлози і забезпечує структурну підтримку клітини. Целюлоза складається з мономерів глюкози, які пов'язані β-1-4 глікозидними зв'язками. Кожен інший мономер глюкози в целюлозі перевертається, а мономери щільно упаковані як розширені довгі ланцюги. Це надає целюлозі її жорсткість і високу міцність на розрив, що так важливо для рослинних клітин.

Вуглеводна функція

Вуглеводи виконують різні функції у різних тварин. Членистоногі мають зовнішній скелет, екзоскелет, який захищає їх внутрішні частини тіла. Цей екзоскелет виготовлений з хітину, який представляє собою азот, що містить полісахарид. Він виготовлений з повторюваних одиниць N-ацетил-β-D-глюкозаміну, модифікованого цукру. Хітин також є основним компонентом грибкових клітинних стінок.

Ключові моменти

Моносахариди - це прості цукри, що складаються з трьох-семи вуглеців, і вони можуть існувати як лінійний ланцюг або як кільцеподібні молекули.
Глюкоза, галактоза та фруктоза є моносахаридними ізомерами, а це означає, що всі вони мають однакову хімічну формулу, але відрізняються структурно та хімічно.
Дисахариди утворюються, коли два моносахариди проходять реакцію зневоднення (реакцію конденсації); вони утримуються разом ковалентним зв'язком.
Сахароза (столовий цукор) є найбільш поширеним дисахаридом, до складу якого входять мономери глюкози і фруктози.
Полісахарид - це довгий ланцюжок моносахаридів, пов'язаних глікозидними зв'язками; ланцюг може бути розгалуженою або нерозгалуженою і може містити багато типів моносахаридів.

Ключові умови

ізомер: Будь-яке з двох або більше сполук з однаковою молекулярною формулою, але з різною структурою.
Реакція зневоднення: Хімічна реакція, в якій дві молекули ковалентно пов'язані в реакції, яка генерує H2O як другий продукт.
біополімер: Будь-яка макромолекула живого організму, яка утворюється в результаті полімеризації менших утворень; полімер, який виникає в живому організмі або є результатом життя.