Đối với cơ thể con người, cũng như các sinh vật khác, cần phải có năng lượng. Không có nó, không có quá trình nào có thể diễn ra. Rốt cuộc, mọi phản ứng sinh hóa, mọi quá trình enzym hoặc giai đoạn chuyển hóa đều cần một nguồn năng lượng.
Vì vậy, tầm quan trọng của các chất cung cấp sức sống cho cơ thể là rất lớn và quan trọng. Những chất này là gì? Carbohydrate, protein, chất béo. Cấu trúc của mỗi loại là khác nhau, chúng thuộc về các lớp hợp chất hóa học hoàn toàn khác nhau, nhưng một trong những chức năng của chúng là giống nhau - cung cấp cho cơ thể năng lượng cần thiết cho sự sống. Hãy xem xét một nhóm các chất được liệt kê - carbohydrate.
Phân loại carbohydrate
Thành phần và cấu trúc của carbohydrate kể từ khi phát hiện ra chúng được xác định bởi tên của chúng. Thật vậy, theo các nguồn tin ban đầu, người ta tin rằng đây là một nhóm hợp chất trong cấu trúc có các nguyên tử cacbon liên kết với các phân tử nước.
Một phân tích kỹ lưỡng hơn, cũng như thông tin tích lũy về sự đa dạng của các chất này, có thể chứng minh rằng không phải tất cả các đại diện đều chỉ có thành phần như vậy. Tuy nhiênđặc điểm này vẫn là một trong những đặc điểm quyết định cấu trúc của cacbohydrat.
Cách phân loại hiện đại của nhóm hợp chất này như sau:
- Monosaccharid (ribose, fructose, glucose, v.v.).
- Oligosaccharides (bioses, trioses).
- Polysaccharides (tinh bột, cellulose).
Ngoài ra, tất cả carbohydrate có thể được chia thành hai nhóm lớn sau:
- khôi phục;
- không phục hồi.
Cấu trúc của các phân tử carbohydrate của mỗi nhóm sẽ được xem xét chi tiết hơn.
Monosaccharid: đặc điểm
Loại này bao gồm tất cả các carbohydrate đơn giản có chứa nhóm aldehyde (aldoses) hoặc xeton (ketoses) và không quá 10 nguyên tử carbon trong cấu trúc chuỗi. Nếu bạn nhìn vào số nguyên tử trong chuỗi chính, thì monosaccharide có thể được chia thành:
- trioses (glyceraldehyd);
- tetroses (erythrulose, erythrose);
- pentoses (ribose và deoxyribose);
- hexoses (glucose, fructose).
Tất cả các đại diện khác không quan trọng đối với cơ thể như những đại diện được liệt kê.
Đặc điểm cấu trúc của phân tử
Theo cấu trúc của chúng, các monose có thể được trình bày ở cả dạng chuỗi và dạng cacbohydrat mạch vòng. Làm thế nào điều này xảy ra? Vấn đề là nguyên tử cacbon trung tâm trong hợp chất là một tâm không đối xứng mà xung quanh đó phân tử trong dung dịch có thể quay. Đây là cách hình thành các đồng phân quang học của monosaccharide dạng L và D. Trong đócông thức glucozơ, được viết dưới dạng một mạch thẳng, có thể nhẩm bằng nhóm anđehit (hoặc xeton) và lăn thành một quả bóng. Công thức tuần hoàn tương ứng sẽ thu được.
Cấu trúc hóa học của cacbohydrat thuộc dãy monoz khá đơn giản: một số nguyên tử cacbon tạo thành một chuỗi hoặc chu trình, từ đó mỗi nhóm hydroxyl và nguyên tử hydro nằm ở các vị trí khác nhau hoặc cùng phía. Nếu tất cả các cấu tạo cùng tên ở một phía thì đồng phân D được tạo thành, nếu chúng khác nhau xen kẽ của nhau thì đồng phân L được tạo thành. Nếu chúng ta viết ra công thức tổng quát của đại diện phổ biến nhất của monosaccharide glucozơ ở dạng phân tử, thì nó sẽ có dạng:. Hơn nữa, hồ sơ này cũng phản ánh cấu trúc của fructose. Xét cho cùng, về mặt hóa học, hai monose này là đồng phân cấu trúc. Glucose là một rượu anđehit, fructozơ là một rượu xeto.
Cấu trúc và tính chất của cacbohydrat của một số monosaccarit có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Thật vậy, do sự hiện diện của các nhóm aldehyde và xeton trong thành phần của cấu trúc, chúng thuộc về rượu aldehyde và keto, xác định bản chất hóa học của chúng và các phản ứng mà chúng có thể tham gia.
Như vậy, glucozơ thể hiện các tính chất hóa học sau:
1. Các phản ứng do sự hiện diện của một nhóm cacbonyl:
- oxy hóa - phản ứng "tráng gương bạc";
- với hydroxit đồng (II) mới kết tủa - axit aldonic;
- chất oxy hóa mạnh có thể tạo thành axit dibasic (aldaric), không chỉ chuyển hóa aldehyde mà còn chuyển hóa một nhóm hydroxyl;
- phục hồi - chuyển đổi thành rượu polyhydric.
2. Phân tử cũng chứa các nhóm hydroxyl, phản ánh cấu trúc. Thuộc tính carb bị ảnh hưởng bởi dữ liệu nhóm:
- khả năng kiềm hóa - sự hình thành các ete;
- acyl hóa - hình thành các este;
- phản ứng định tính cho đồng (II) hydroxit.
3. Các đặc tính đặc trưng của glucose:
- butyric;
- rượu;
- lên men axit lactic.
Các chức năng được thực hiện trong cơ thể
Cấu trúc và chức năng của cacbohydrat của các chuỗi đơn có liên quan chặt chẽ với nhau. Loại thứ hai bao gồm, trước hết, tham gia vào các phản ứng sinh hóa của cơ thể sống. Các monosaccharide đóng vai trò gì trong việc này?
- Cơ sở để sản xuất oligo- và polysaccharid.
- Pentoses (ribose và deoxyribose) là những phân tử quan trọng nhất tham gia vào quá trình hình thành ATP, RNA, DNA. Và đến lượt họ, là những nhà cung cấp chính nguyên liệu, năng lượng và protein di truyền.
- Nồng độ glucose trong máu người là một chỉ số thực sự của áp suất thẩm thấu và những thay đổi của nó.
Oligosaccharides: cấu trúc
Cấu trúc của cacbohydrat của nhóm này bị giảm xuống khi có hai (đôi) hoặc ba (ba) phân tử monosaccharid trong thành phần. Cũng có những cấu trúc bao gồm 4, 5 hoặc nhiều cấu trúc (lên đến 10), nhưng phổ biến nhất là disaccharide. Tức là trong quá trình thủy phâncác hợp chất phân hủy tạo thành glucose, fructose, pentose, v.v. Những hợp chất nào thuộc loại này? Một ví dụ điển hình là sucrose (đường mía thông thường), lactose (thành phần chính của sữa), m altose, lactulose, isom altose.
Cấu trúc hóa học của cacbohydrat của loạt bài này có các đặc điểm sau:
- Công thức phân tử chung của loài: C12H22O11.
- Hai gốc monose giống nhau hoặc khác nhau trong cấu trúc disaccharide được kết nối với nhau bằng cầu nối glycosidic. Tính chất của hợp chất này sẽ quyết định khả năng khử của đường.
- Giảm disaccharid. Cấu trúc của loại carbohydrate này bao gồm sự hình thành cầu nối glycosidic giữa hydroxyl của nhóm aldehyde và hydroxyl của các phân tử monos khác nhau. Chúng bao gồm: m altose, lactose, v.v.
- Không có tính khử - một ví dụ điển hình của sucrose - khi một cầu nối được hình thành giữa các hydroxyl chỉ của các nhóm tương ứng, mà không có sự tham gia của cấu trúc aldehyde.
Như vậy, cấu trúc của cacbohydrat có thể được biểu diễn ngắn gọn dưới dạng công thức phân tử. Nếu cần một cấu trúc chi tiết cụ thể, thì nó có thể được mô tả bằng cách sử dụng các phép chiếu đồ họa của Fisher hoặc các công thức của Haworth. Cụ thể, hai monome mạch vòng (đơn phân) khác nhau hoặc giống hệt nhau (tùy thuộc vào oligosaccharide), liên kết với nhau bằng một cầu glycosidic. Khi xây dựng, cần tính đến khả năng khôi phục để hiển thị chính xác kết nối.
Ví dụ về phân tử disaccharide
Nếu nhiệm vụ ở dạng: "Lưu ý các đặc điểm cấu trúc của cacbohydrat", thì đối với các disaccharid, tốt nhất là trước tiên hãy cho biết bã monose mà nó bao gồm. Các loại phổ biến nhất là:
- sucrose - được xây dựng từ alpha-glucose và beta-fructose;
- m altose - từ cặn glucose;
- cellobiose - bao gồm hai gốc beta-glucose dạng D;
- lactose - galactose + glucose;
- lactulose - galactose + fructose, v.v.
Sau đó, theo các dư lượng có sẵn, một công thức cấu trúc nên được xây dựng với chỉ dẫn rõ ràng về loại cầu glycosidic.
Tầm quan trọng đối với sinh vật sống
Vai trò của disaccharid cũng rất quan trọng, không chỉ quan trọng là cấu trúc. Các chức năng của carbohydrate và chất béo nói chung là tương tự nhau. Cơ sở là thành phần năng lượng. Tuy nhiên, đối với một số disaccharide riêng lẻ, ý nghĩa cụ thể của chúng nên được đưa ra.
- Sucrose là nguồn cung cấp glucose chính trong cơ thể con người.
- Lactose được tìm thấy trong sữa mẹ của động vật có vú, bao gồm tới 8% trong sữa của phụ nữ.
- Lactulose được lấy trong phòng thí nghiệm để sử dụng trong y tế và được thêm vào các sản phẩm từ sữa.
Bất kỳ disaccharide, trisaccharide nào, v.v. trong cơ thể con người và các sinh vật khác đều trải qua quá trình thủy phân tức thì để tạo thành monose. Chính đặc điểm này là cơ sở cho việc con người sử dụng loại cacbohydrat này ở dạng thô, không thay đổi (củ cải đường hoặc đường mía).
Polysaccharides: đặc điểm của các phân tử
Chức năng, thành phần và cấu trúc của cacbohydrat của loạt sản phẩm này có tầm quan trọng rất lớn đối với các sinh vật sống, cũng như đối với hoạt động kinh tế của con người. Đầu tiên, bạn nên tìm ra loại carbohydrate nào là polysaccharide.
Có rất nhiều người trong số họ:
- tinh bột;
- glycogen;
- murein;
- glucomannan;
- xenlulozơ;
- dextrin;
- galactomannan;
- muromin;
- chất pectic;
- amylose;
- chitin.
Đây không phải là một danh sách đầy đủ, nhưng chỉ có ý nghĩa nhất đối với động vật và thực vật. Nếu bạn thực hiện nhiệm vụ "Đánh dấu đặc điểm cấu tạo của cacbohydrat của một số polisaccarit", thì trước hết bạn nên chú ý đến cấu trúc không gian của chúng. Đây là những phân tử rất lớn, khổng lồ, bao gồm hàng trăm đơn vị monome liên kết chéo với nhau bằng các liên kết hóa học glycosidic. Thường thì cấu trúc của các phân tử cacbohydrat polysaccharide là một thành phần phân lớp.
Có một số phân loại nhất định của các phân tử như vậy.
- Homopolysaccharides - bao gồm các đơn vị monosaccharide lặp đi lặp lại giống nhau. Tùy thuộc vào monose, chúng có thể là hexoses, pentoses, v.v. (glucans, mannans, galactans).
- Heteropolysaccharides - được hình thành bởi các đơn vị monome khác nhau.
Các hợp chất có cấu trúc không gian tuyến tính nên bao gồm, ví dụ, xenluloza. Hầu hết các polysaccharide có cấu trúc phân nhánh - tinh bột, glycogen, kitin, v.v.
Vai trò trong cơ thể của chúng sinh
Cấu trúc và chức năng của nhóm cacbohydrat này liên quan mật thiết đến hoạt động sống của mọi sinh vật. Vì vậy, ví dụ, thực vật ở dạng dinh dưỡng dự trữ tích lũy tinh bột trong các phần khác nhau của chồi hoặc rễ. Nguồn năng lượng chính của động vật lại là polysaccharid, sự phân hủy của nó sẽ tạo ra khá nhiều năng lượng.
Carbohydrate đóng một vai trò rất quan trọng trong cấu trúc của tế bào. Lớp vỏ của nhiều loài côn trùng và động vật giáp xác bao gồm kitin, murein là thành phần của thành tế bào vi khuẩn, xenlulo là cơ sở của thực vật.
Chất dinh dưỡng dự trữ có nguồn gốc động vật là các phân tử glycogen, hay thường được gọi là mỡ động vật. Nó được lưu trữ trong các bộ phận riêng biệt của cơ thể và không chỉ thực hiện năng lượng mà còn có chức năng bảo vệ chống lại các tác động cơ học.
Đối với hầu hết các sinh vật, cấu trúc của carbohydrate có tầm quan trọng lớn. Sinh học của mọi động vật và thực vật là như vậy nên nó đòi hỏi một nguồn năng lượng liên tục, vô tận. Và chỉ họ mới có thể cung cấp điều này, và hơn hết là ở dạng polysaccharid. Vì vậy, sự phân hủy hoàn toàn 1 g carbohydrate do kết quả của quá trình trao đổi chất dẫn đến giải phóng 4,1 kcal năng lượng! Đây là mức tối đa, không có thêm kết nối. Đó là lý do tại sao carbohydrate phải có trong chế độ ăn uống của bất kỳ người và động vật nào. Mặt khác, thực vật tự chăm sóc bản thân: trong quá trình quang hợp, chúng tự hình thành tinh bột bên trong và tích trữ nó.
Tính chất chung của cacbohydrat
Cấu trúc của chất béo, protein và carbohydratenói chung là tương tự. Xét cho cùng, chúng đều là đại phân tử. Ngay cả một số chức năng của chúng cũng có tính chất chung. Cần tóm tắt vai trò và tầm quan trọng của tất cả cacbohydrat đối với sự sống của sinh khối hành tinh.
- Thành phần và cấu trúc của cacbohydrat ngụ ý chúng được sử dụng như một vật liệu xây dựng nên vỏ của tế bào thực vật, màng động vật và vi khuẩn, cũng như sự hình thành của các bào quan nội bào.
- Chức năng bảo vệ. Nó là đặc trưng của sinh vật thực vật và thể hiện ở việc hình thành gai, gai, v.v.
- Vai trò của nhựa - sự hình thành các phân tử quan trọng (DNA, RNA, ATP và các phân tử khác).
- Chức năng thụ cảm. Polysaccharid và oligosaccharid là những người tham gia tích cực vào quá trình vận chuyển qua màng tế bào, "lính canh" có chức năng bắt giữ các hiệu ứng.
- Vai trò năng lượng là quan trọng nhất. Cung cấp năng lượng tối đa cho tất cả các quá trình nội bào, cũng như hoạt động của toàn bộ sinh vật nói chung.
- Điều chỉnh áp suất thẩm thấu - glucose kiểm soát điều này.
- Một số polysaccharid trở thành chất dinh dưỡng dự trữ, nguồn năng lượng cho sinh vật động vật.
Như vậy, hiển nhiên rằng cấu trúc của chất béo, protein và carbohydrate, chức năng và vai trò của chúng đối với các cơ thể của hệ thống sống có tầm quan trọng quyết định và quyết định. Những phân tử này là người tạo ra sự sống, chúng cũng bảo tồn và hỗ trợ nó.
Carbohydrate với các hợp chất cao phân tử khác
Hay còn gọi là vai trò của cacbohydrat không phải ở dạng nguyên chất mà ở dạng kết hợp với các phân tử khác. Chúng bao gồm những thứ phổ biến nhấtnhư:
- glycosaminoglycans hoặc mucopolysaccharides;
- glycoprotein.
Cấu trúc và tính chất của cacbohydrat loại này khá phức tạp, do nhiều nhóm chức kết hợp thành một phức hợp. Vai trò chính của các phân tử loại này là tham gia vào nhiều quá trình sống của sinh vật. Đại diện là: axit hyaluronic, chondroitin sulfate, heparan, keratan sulfate và những chất khác.
Ngoài ra còn có phức hợp của polysaccharid với các phân tử hoạt động sinh học khác. Ví dụ, glycoprotein hoặc lipopolysaccharid. Sự tồn tại của chúng rất quan trọng trong việc hình thành các phản ứng miễn dịch của cơ thể, vì chúng là một phần của các tế bào của hệ bạch huyết.
