3.3: Вуглеводи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 67246

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

Навчальні цілі

Опишіть загальну молекулярну структуру вуглеводів та визначте їх мономери та полімери; перелічіть три підтипи вуглеводів та опишіть їх структуру та функцію.

Вуглеводи (carbo- = «вуглець»; гідрат = «вода») містять елементи вуглецю, водень і кисень, і тільки ті елементи за кількома винятками. Співвідношення вуглецю до водню до кисню в молекулах вуглеводів становить 1:2:1. Компонент вуглець (С, карбо-) і компонент вода (H ₂ 0, -гідрат) дають назву цій групі органічних молекул.

Вуглеводи класифікуються на три підтипи: моносахариди, (моно- =» один», «поодинці»; сахариди = «цукор, солодкий») дисахариди (ді = «два») і полісахариди. (полі- = «багато, багато»). Моносахариди і дисахариди також називають простими вуглеводами, і їх прийнято називати цукрами. Прості вуглеводи - це невеликі полярні молекули, що містять кілька функціональних груп —ОН, що робить їх гідрофільними (вони добре розчиняються у воді). Полісахариди, які також називають складними вуглеводами, є великими неполярними молекулами, і вони не є гідрофільними.

На малюнку нижче показані найбільш поширені моносахариди: глюкоза, фруктоза і галактоза (шестивуглецеві моносахариди), а також рибоза і дезоксирибоза (п'ятивуглецеві моносахариди). Зверніть увагу, що всі вони названі за допомогою суфікса —ose, що означає цукор. Вуглеводи часто називають «чимось іще».

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Ці моносахариди дотримуються згаданого вище співвідношення 1:2:1: глюкоза (C ₆ _{H ₁₂ O 6}), фруктоза (C ₆ H ₁₂ O ₆), галактоза (C ₆ H ₁₂ O ₆), рибоза (C ₅ H ₁₀ О ₅), дезоксирибоза (С ₅ Н ₁₀ О ₄, в цьому не вистачає кисню). Зверніть увагу, що вуглеводи мають багато гідроксильних функціональних груп (-ОН)

Малюнок\(\PageIndex{2}\) Існують різні способи представлення молекули глюкози (C ₆ H ₁₂ O ₆). Дві з найбільш поширених - прямоланцюгова форма (зліва) і форма кільця (праворуч). Атоми вуглецю в вершині не показані.

Дисахариди утворюються ковалентним зв'язком між двома моносахаридами. Цей тип зв'язку між двома моносахаридами називається глікозидної зв'язком, і для її формування потрібна
енергія.

Рисунок\(\PageIndex{3}\) Дисахарид сахароза утворюється, коли мономер глюкози і мономер фруктози приєднуються в реакції синтезу зневоднення з утворенням глікозидного зв'язку. В процесі відбувається втрата молекули води (на малюнку не показана). Втрачена молекула води утворюється за допомогою -OH і -H показані червоним кольором. Кисень утворює ковалентні зв'язки з глюкозою зліва, а фруктоза праворуч.

Рисунок\(\PageIndex{4}\) Найпоширеніші дисахариди: сахароза (С ₁₂ Н ₂₂ О ₁₁), лактоза (С ₁₂ Н ₂₂ О ₁₁) і мальтоза (С ₁₂ Н ₂₂ О ₁₁)

Полісахариди - це макромолекули, що складаються з повторюваних одиниць одного і того ж будівельного блоку, моносахаридів, аналогічно перловому намисто складається з багатьох перлів. Ми також можемо визначити полісахариди як полімери, зібрані з багатьох менших ковалентно зв'язаних мономерів. Як показано на малюнках і таблиці нижче, трьома важливими полісахаридами в живих організмах є глікоген, крохмаль і целюлоза. Глікоген і крохмаль використовуються як запаси енергії в клітині тварин і рослин відповідно, тоді як целюлоза забезпечує структурну підтримку рослин і клітковини в нашому раціоні.

Рисунок\ (\ pageIndex {5}\) Амілоза та амілопектин, знайдені в крохмалі (а) - це обидва полімери, виготовлені з тисяч молекул глюкози (крихітних прозорих синіх шестикутників на малюнку), пов'язаних ковалентними зв'язками. Глікоген (b) і целюлоза (c) також виготовляються з тисяч молекул глюкози, але організовані відповідно розгалуженим і прямим малюнком.

Таблиця\(\PageIndex{1}\) Зведення видів вуглеводів, кількість субодиниць цукру (моносахариду), функції, приклади та джерела
Тип вуглеводів	Кількість цукрових субодиниць	Функція	Приклади та джерела
Моносахарид (прості цукру)	1	Забезпечення енергією для клітин	Глюкоза: багато рослин і фруктів, мед, спортивні напої; Фруктоза: фрукти, мед, підсолоджувач у багатьох оброблених харчових продуктах (кукурудзяний сироп з високим вмістом фруктози); Галактоза: молочні продукти (молоко, масло, сир, йогурт), буряк; Рибоза і дезоксирибоза: нуклеїнові кислоти
дисахарид	2	Забезпечення енергією для клітин	Лактоза: молочні продукти; Сахароза: «столовий цукор», цукрова тростина, цукровий буряк, цукерки; Мальтоза: проростають насіння, пиво
Полісахарид (складні вуглеводи)	від багатьох до тисяч	Зберігайте енергію	Крохмаль: рослини, наприклад картопля, кукурудза, рис; Глікоген: м'язи та печінка
Полісахарид (складні вуглеводи)	від багатьох до тисяч	Структурна опора	Целюлоза: рослини

Малюнок\(\PageIndex{6}\) Як ми використовуємо вуглеводи: ми отримуємо вуглеводи в раціоні як крохмаль, глікоген, лактоза, сахароза, мальтоза, глюкоза, фруктоза і галактоза. Наша кров переносить глюкозу до більшості клітин нашого організму, де вона використовується як джерело енергії. Наш організм зберігає додаткову глюкозу як глікоген в м'язах і печінці.

Перевірка понять, термінів та фактів

Вивчення питання Напишіть свою відповідь у формі речення (не відповідайте, використовуючи вільні слова)

Що таке вуглевод?
З яких елементів складаються вуглеводи?
Який суфікс використовується для назви вуглеводів?
Чим відрізняється структура між моносахаридами, дисахаридами та полісахаридами?
5. Перерахуйте всі приклади моносахаридів, дисахаридів і полісахаридів, описані в модулі
6. Як організм використовує моносахариди, дисахариди, полісахариди (яка їх функція)?