Angliavandenių cheminė struktūra, klasifikacija ir funkcijos



The angliavandenių, angliavandeniai arba sacharidai - tai organinės molekulės, saugančios energiją gyvose būtybėse. Jie yra gausiausi biomolekulės ir apima: cukrus, krakmolas ir celiuliozė, tarp kitų gyvuose organizmuose randamų junginių.

Fotosintezę atliekantys organizmai (augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos) yra pagrindiniai angliavandenių gamintojai gamtoje. Šių sacharidų struktūra gali būti linijinė arba šakota, paprasta arba junginys, taip pat gali būti susieta su kitos rūšies biomolekulėmis..

Pavyzdžiui, angliavandeniai gali surišti baltymus, kad susidarytų glikoproteinai. Jie taip pat gali būti susiję su lipidų molekulėmis, sudarančiomis glikolipidus, biomolekules, kurios sudaro biologinių membranų struktūrą. Angliavandeniai yra ir nukleino rūgščių struktūroje.

Iš pradžių angliavandeniai buvo pripažinti kaip ląstelių energijos kaupimo molekulės. Vėliau buvo nustatytos kitos svarbios funkcijos, kurias atlieka angliavandeniai biologinėse sistemose.

Visos gyvos būtybės ląstelės yra padengtos tankiu komplekso angliavandenių sluoksniu. Angliavandeniai susideda iš monosacharidų, mažų molekulių, susidedančių iš trijų iki devynių anglies atomų, prijungtų prie hidroksilo grupių (-OH), kurios gali skirtis pagal dydį ir konfigūraciją..

Svarbi angliavandenių savybė yra didžiulė struktūrinė įvairovė šioje molekulių klasėje, kuri leidžia jiems atlikti įvairias funkcijas, pvz., Generuoti ląstelių signalizavimo molekules, formuoti audinius ir generuoti skirtingų kraujo grupių tapatybę žmonėms..

Be to, aukštesnėse eukariotuose esanti ekstraląstelinė matrica yra gausu išskiriamų angliavandenių, būtinų ląstelių išlikimui ir bendravimui. Šiuos ląstelių atpažinimo mechanizmus naudoja įvairūs patogenai, užkrečiantys jų šeimininko ląsteles.

Monosacharidai gali būti susieti glikozidinėmis jungtimis, kad susidarytų daug angliavandenių: disacharidų, oligosacharidų ir polisacharidų. Angliavandenių struktūros ir funkcijos tyrimas biologinėse sistemose vadinamas glikobiologija.

Indeksas

  • 1 Cheminė struktūra
  • 2 Klasifikacija
    • 2.1 Monosacharidai
    • 2.2 Disacharidai
    • 2.3 Oligosacharidai 
    • 2.4 Polisacharidai
  • 3 Funkcijos
  • 4 Maisto produktai, kuriuose yra angliavandenių
    • 4.1. Krakmolas
    • 4.2 Vaisiai ir daržovės
    • 4.3 Pienas
    • 4.4 Saldainiai
  • 5 Angliavandenių metabolizmas
  • 6 Nuorodos

Cheminė struktūra

Angliavandeniai yra sudaryti iš anglies, vandenilio ir deguonies atomų. Daugumą jų galima apibūdinti empirine formule (CH2O) n, kur n yra anglies kiekis molekulėje. Kitaip tariant, anglies, vandenilio ir deguonies santykis yra 1: 2: 1 angliavandenių molekulėse.

Ši formulė paaiškina sąvokos "angliavandeniai" kilmę, nes komponentai yra anglies atomai ("carbo") ir vandens atomai (todėl "hidratas"). Nors angliavandenius daugiausia sudaro šie trys atomai, yra keletas angliavandenių su azotu, fosforu arba siera..

Jo pagrindinėje formoje angliavandeniai yra paprasti cukrūs arba monosacharidai. Šie paprastieji cukrūs gali būti sujungti, kad susidarytų sudėtingesni angliavandeniai.

Dviejų paprastų cukrų derinys yra disacharidas. Oligosacharidai turi nuo dviejų iki dešimties paprastų cukrų, o polisacharidai yra didžiausi angliavandeniai, kurių sudėtyje yra daugiau kaip dešimt monosacharidų..

Angliavandenių struktūra lemia, kaip energija yra saugoma jos obligacijose formuojant fotosintezę, taip pat, kaip šie ryšiai yra pažeisti ląstelių kvėpavimo metu..

Klasifikacija

Monosacharidai

Monosacharidai yra elementarūs angliavandenių vienetai, todėl jie yra paprasčiausia sacharido struktūra. Fiziškai monosacharidai yra kristalinės kietos medžiagos be spalvos. Dauguma jų yra saldus skonis.

Cheminiu požiūriu monosacharidai gali būti aldehidai arba ketonai, priklausomai nuo to, kur karbonilo grupė (C = O) yra linijiniuose angliavandeniuose. Struktūriškai monosacharidai gali sudaryti linijines grandines arba uždarius žiedus.

Kadangi monosacharidai turi hidroksilo grupes, dauguma jų yra vandenyje tirpios ir netirpios net poliniuose tirpikliuose.

Priklausomai nuo anglies kiekio, kurį turite savo struktūroje, monosacharidas turės skirtingus pavadinimus, pavyzdžiui: triozė (jei turite 3 C atomus), pentozė (jei turite 5C) ir pan..

Disacharidai

Disacharidai yra dvigubi cukrūs, susidarantys jungiant du monosacharidus į cheminį procesą, vadinamą dehidratacijos sinteze, nes reakcijos metu prarandama vandens molekulė. Jis taip pat žinomas kaip kondensacijos reakcija.

Taigi disacharidas yra bet kuri medžiaga, kurią sudaro dvi paprastų cukrų (monosacharidų) molekulės, sujungtos per glikozidinę jungtį.

Rūgštys turi galimybę nutraukti šias jungtis, todėl disacharidai gali būti virškinami skrandyje.

Disacharidai paprastai tirpsta vandenyje ir saldūs prarijus. Trys pagrindiniai disacharidai yra sacharozė, laktozė ir maltozė: sacharozė gaunama susiejant gliukozę ir fruktozę; laktozė gaunama iš gliukozės ir galaktozės sąjungos; ir maltozė gaunama iš dviejų gliukozės molekulių sąjungos.

Oligosacharidai

Oligosacharidai yra kompleksiniai polimerai, kuriuos sudaro keli vienetai paprastų cukrų, ty nuo 3 iki 9 monosacharidų..

Reakcija yra tokia pati, kaip ir disacharidai, bet taip pat atsiranda dėl sudėtingesnių cukraus molekulių (polisacharidų) skilimo..

Dauguma oligosacharidų yra augaluose ir veikia kaip tirpus pluoštas, kuris gali padėti išvengti vidurių užkietėjimo. Tačiau žmonės neturi fermentų, kad juos virškintų daugiausia, išskyrus maltotriozę.

Dėl šios priežasties oligosacharidai, kurie iš pradžių nėra virškinami plonojoje žarnoje, gali bakterijų, kurios paprastai gyvena storojoje žarnoje, fermentaciją. Prebiotikai atlieka šią funkciją, tarnauja kaip maistas naudingoms bakterijoms.

Polisacharidai

Polisacharidai yra didžiausi sacharidų polimerai, juos sudaro daugiau kaip 10 (iki tūkstančių) monosacharidų vienetų, išdėstytų linijiniu arba šakotu būdu. Erdvinio išdėstymo variantai yra tie, kurie suteikia šių cukrų daugybei savybių.

Polisacharidai gali būti sudaryti iš to paties monosacharido arba įvairių monosacharidų derinio. Jei juos sudaro pakartotiniai to paties cukraus vienetai, jie vadinami homopolizacharidais, tokiais kaip glikogenas ir krakmolas, kurie yra atitinkamai gyvūnų ir augalų angliavandeniai..

Jei polisacharidą sudaro skirtingų cukrų vienetai, jie vadinami heteropolysacharidais. Dauguma jų turi tik du skirtingus vienetus ir paprastai yra susiję su baltymais (glikoproteinais, pvz., Gama-globulinu kraujo plazmoje) arba lipidais (glikolipidais, pvz., Gangliozidais)..

Funkcijos

Keturios pagrindinės angliavandenių funkcijos yra: aprūpinti energiją, kaupti energiją, kurti makromolekules ir užkirsti kelią baltymų ir riebalų skaidymui.

Angliavandeniai skaidomi paprastais cukrumi. Jie absorbuojami plonosios žarnos ląstelėse ir yra transportuojami į visas kūno ląsteles, kur jie bus oksiduoti energijai adenozino trifosfato (ATP) pavidalu..

Cukraus molekulės, kurios bet kuriuo metu nenaudojamos energijos gamybai, saugomos kaip atsarginių polimerų, tokių kaip glikogenas ir krakmolas, dalis..

Nukleotidai, pagrindiniai nukleino rūgščių vienetai, savo struktūroje turi gliukozės molekulių. Su angliavandenių molekulėmis siejami keli svarbūs baltymai, pavyzdžiui: folikulus stimuliuojantis hormonas (FSH), kuris įsikiša į ovuliacijos procesą..

Kadangi angliavandeniai yra pagrindinis energijos šaltinis, jų greitas degradavimas neleidžia kitoms biomolekulėms degraduoti, kad gautų energiją. Taigi, kai cukraus kiekis yra normalus, baltymai ir lipidai yra apsaugoti nuo degradacijos.

Kai kurie angliavandeniai tirpsta vandenyje, jie veikia kaip pagrindinis maisto produktas beveik visame pasaulyje, o šių molekulių oksidacija yra pagrindinis energijos gamybos šaltinis daugumoje ne fotosintetinių ląstelių..

Netirpūs angliavandeniai siejami su sudėtingesnėmis struktūromis, kurios naudojamos kaip apsauga. Pavyzdžiui: celiuliozė sudaro augalų ląstelių sieną kartu su hemiceliulozėmis ir pektinu. Chitinas sudaro grybelinių ląstelių sieną ir nariuotakojų exoskeleton.

Be to, peptidoglikanas sudaro bakterijų ir cianobakterijų ląstelių sienelę. Gyvūnų jungiamąjį audinį ir skeleto sąnarius sudaro polisacharidai.

Daugelis angliavandenių yra kovalentiškai prijungti prie baltymų arba lipidų, sudarančių sudėtingesnes struktūras, bendrai vadinamas glikokonjugatais. Šie kompleksai veikia kaip etiketės, kurios lemia šių molekulių intracelulinę vietą arba metabolinį likimą

Maisto produktai, kuriuose yra angliavandenių

Angliavandeniai yra esminė sveikos mitybos dalis, nes jie yra pagrindinis energijos šaltinis. Tačiau kai kurie maisto produktai turi sveikesnius angliavandenius, kuriuose yra daugiau maistinių medžiagų, pavyzdžiui:

Krakmolas

Maistas, kuriame yra krakmolo, yra pagrindinis angliavandenių šaltinis. Šie krakmolai yra sudėtingi angliavandeniai, tai yra, juos sudaro daug cukrų, sujungtų kartu ir sudaro ilgą molekulinę grandinę. Dėl šios priežasties krakmolai ilgiau virškinami.

Yra daugybė maisto produktų, kuriuose yra krakmolų. Grūdai apima maisto produktus, kuriuose yra didelis krakmolo kiekis, pavyzdžiui: pupelės, lęšiai ir ryžiai. Grūduose taip pat yra šių angliavandenių, pavyzdžiui: avižos, miežiai, kviečiai ir jų dariniai (miltai ir makaronai) .

Ankštiniai ir riešutai taip pat turi angliavandenių krakmolo pavidalu. Be to, daržovės, tokios kaip bulvės, saldžiosios bulvės, kukurūzai ir moliūgai, yra daug krakmolo.

Svarbu pažymėti, kad daug angliavandenių yra pluošto šaltinis. Tai reiškia, kad pluoštas iš esmės yra angliavandenių tipas, kurį organizmas gali virškinti tik iš dalies.

Panašiai kaip ir sudėtiniai angliavandeniai, angliavandenių pluoštai yra lėtai virškinami.

Vaisiai ir daržovės

Vaisiai ir daržovės turi didelį angliavandenių kiekį. Skirtingai nuo krakmolo, vaisiai ir daržovės turi paprastus angliavandenius, ty angliavandenius su vienu ar dviem sacharidais..

Šie angliavandeniai, kurių molekulinė struktūra yra paprasti, yra lengvai ir greitai virškinami nei sudėtingi. Tai suteikia idėją apie įvairius maisto produktų turimus angliavandenių lygius ir tipus.

Taigi, kai kurie vaisiai vienai porcijai turi daugiau angliavandenių, pavyzdžiui: bananai, obuoliai, apelsinai, melionai ir vynuogės turi daugiau angliavandenių nei kai kurios daržovės, pavyzdžiui, špinatai, brokoliai ir kopūstai, morkos, grybai ir baklažanai.

Pienas

Panašiai kaip daržovės ir vaisiai, pieno produktai yra maisto produktai, kuriuose yra paprastų angliavandenių. Pienas turi savo cukrų, vadinamą laktoze, saldaus skonio disacharidu. Vienas puodelis iš jo yra maždaug 12 gramų angliavandenių.

Rinkoje yra daug pieno ir jogurto versijų. Nepaisant to, ar vartojate pilną ar sumažintą tam tikro pieno riebalų versiją, angliavandenių kiekis bus toks pat.

Saldainiai

Saldainiai yra dar vienas gerai žinomas angliavandenių šaltinis. Tarp daugelio kitų desertų yra cukrus, medus, saldainiai, dirbtiniai gėrimai, sausainiai, ledai. Visi šie produktai turi didelę cukraus koncentraciją.

Savo ruožtu kai kuriuose perdirbtuose ir rafinuotuose maisto produktuose yra sudėtingų angliavandenių, pavyzdžiui: duona, ryžiai ir balti makaronai. Svarbu pažymėti, kad rafinuoti angliavandeniai nėra tokie maistingi kaip ir vaisiai ir daržovės.

Angliavandenių metabolizmas

Angliavandenių metabolizmas yra medžiagų apykaitos reakcijų rinkinys, kuris apima angliavandenių susidarymą, skaidymą ir konversiją ląstelėse.

Angliavandenių metabolizmas yra labai konservuotas ir gali būti pastebimas net iš bakterijų, o pagrindinis pavyzdys yra Lac Operon. E. coli.

Angliavandeniai yra svarbūs daugelyje medžiagų apykaitos būdų, tokių kaip fotosintezė, svarbiausia angliavandenių susidarymo reakcija gamtoje.

Iš anglies dioksido ir vandens augalai naudoja saulės energiją angliavandenių molekulių sintezei.

Savo ruožtu, gyvūnų ir grybelių ląstelės suskaido angliavandenius, suvartojamus augalų audiniuose, norint gauti energiją ATP forma, vadinamą ląstelių kvėpavimu..

Stuburiniuose gyvūnuose gliukozė yra pernešama per visą kūną per kraują. Jei ląstelių energijos atsargos yra mažos, gliukozė skaidoma metaboline reakcija, vadinama glikolize, kad susidarytų šiek tiek energijos ir kai kurie metaboliniai tarpiniai produktai..

Gliukozės molekulės, kurios nėra reikalingos nedelsiant gaminti energiją, yra saugomos kaip glikogenas kepenyse ir raumenyse per procesą, vadinamą glikogeneze..

Kai kurie paprasti angliavandeniai turi savo degradacijos būdus, pavyzdžiui, kai kuriuos sudėtingesnius angliavandenius. Pavyzdžiui, laktozei reikia laktazės fermento, kuris sulaužo jo jungtis, ir išskiria pagrindinius monosacharidus, gliukozę ir galaktozę..

Gliukozė yra pagrindinis angliavandenių, vartojamų ląstelėse, sudarančių apie 80% energijos šaltinių.

Gliukozė pasiskirsto ląstelėse, kur ji gali patekti per specifinius transporterius, kurie turi būti skaidomi arba saugomi kaip glikogenai.

Priklausomai nuo ląstelės medžiagų apykaitos poreikių, gliukozė taip pat gali būti naudojama kitų monosacharidų, riebalų rūgščių, nukleorūgščių ir tam tikrų amino rūgščių sintezei..

Pagrindinė angliavandenių apykaitos funkcija yra palaikyti cukraus kiekio kraujyje kontrolę, tai vadinama vidine homeostazė.

Nuorodos

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Ląstelės molekulinė biologija (6-asis red.). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemija (8-asis red.). W. H. Freeman ir bendrovė.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2 red.) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Greitas biochemijos vaizdas: angliavandenių apykaita. Klinikinė biochemija, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulinės ląstelės biologija (8-asis red.). W. H. Freeman ir bendrovė.
  6. Maughan, R. (2009). Angliavandenių metabolizmas. Chirurgija, 27(1), 6-10.
  7. Nelsonas, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehningerio biochemijos principai (6th). W.H. Freeman ir Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologija (7-asis red.) „Cengage“ mokymasis.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniu lygiu (5-asis red.). Wiley.