คุณสมบัติและโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรต. หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรต

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

สำหรับร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ จำเป็นต้องมีพลังงาน ไม่มีกระบวนการใดเกิดขึ้นได้ ท้ายที่สุดแล้ว ทุกปฏิกิริยาทางชีวเคมี ทุกกระบวนการของเอนไซม์หรือขั้นตอนของการเผาผลาญต้องการแหล่งพลังงาน

ดังนั้น ความสำคัญของสารที่ให้ร่างกายมีความแข็งแรงสำหรับชีวิตจึงเป็นเรื่องใหญ่และสำคัญมาก สารเหล่านี้คืออะไร? คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน โครงสร้างของพวกเขาแต่ละคนแตกต่างกันพวกเขาอยู่ในชั้นของสารประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง แต่หน้าที่อย่างหนึ่งของพวกมันนั้นคล้ายคลึงกัน - ทำให้ร่างกายมีพลังงานที่จำเป็นสำหรับชีวิต พิจารณาสารกลุ่มหนึ่ง - คาร์โบไฮเดรต

การจำแนกคาร์โบไฮเดรต

องค์ประกอบและโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตตั้งแต่การค้นพบถูกกำหนดโดยชื่อของพวกเขา ตามแหล่งต้นทางเชื่อว่านี่คือกลุ่มของสารประกอบในโครงสร้างที่มีอะตอมของคาร์บอนที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลของน้ำ

การวิเคราะห์อย่างละเอียดยิ่งขึ้น รวมทั้งข้อมูลที่สะสมเกี่ยวกับความหลากหลายของสารเหล่านี้ ทำให้สามารถพิสูจน์ได้ว่าตัวแทนบางคนไม่ได้มีเพียงแค่องค์ประกอบดังกล่าวเท่านั้น อย่างไรก็ตามคุณลักษณะนี้ยังคงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่กำหนดโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรต

การจำแนกประเภทที่ทันสมัยของสารประกอบกลุ่มนี้มีดังต่อไปนี้:

1. โมโนแซ็กคาไรด์ (ไรโบส ฟรุกโตส กลูโคส ฯลฯ)
2. โอลิโกแซ็กคาไรด์ (ไบโอส, ไตรโอส).
3. โพลีแซคคาไรด์ (แป้ง, เซลลูโลส).

นอกจากนี้ คาร์โบไฮเดรตทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ดังต่อไปนี้:

• ฟื้นฟู;
• ไม่บูรณะ

โครงสร้างโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตของแต่ละกลุ่มจะนำมาพิจารณาอย่างละเอียด

โมโนแซ็กคาไรด์: ลักษณะเฉพาะ

หมวดหมู่นี้รวมถึงคาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยวทั้งหมดที่มีกลุ่มอัลดีไฮด์ (อัลโดส) หรือคีโตน (คีโตส) และโครงสร้างลูกโซ่ไม่เกิน 10 อะตอม หากคุณดูจำนวนอะตอมในสายโซ่หลัก โมโนแซ็กคาไรด์สามารถแบ่งออกเป็น:

• trioses (กลีเซอราลดีไฮด์);
• tetroses (อีริธรูโลส อีรีโทรส);
• pentoses (ไรโบสและดีออกซีไรโบส);
• เฮกโซส (กลูโคส, ฟรุกโตส).

ตัวแทนอื่นๆ ทั้งหมดไม่สำคัญต่อร่างกายเหมือนที่ระบุไว้

คุณสมบัติของโครงสร้างโมเลกุล

ตามโครงสร้าง โมโนซิสสามารถนำเสนอได้ทั้งในรูปของห่วงโซ่และในรูปของคาร์โบไฮเดรตแบบวัฏจักร สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ประเด็นก็คืออะตอมของคาร์บอนตรงกลางของสารประกอบนั้นเป็นจุดศูนย์กลางที่ไม่สมมาตรซึ่งโมเลกุลในสารละลายสามารถหมุนได้ นี่คือวิธีสร้างไอโซเมอร์เชิงแสงของโมโนแซ็กคาไรด์รูป L และ D โดยที่สูตรกลูโคสที่เขียนในรูปของสายโซ่ตรงสามารถจับกลุ่มอัลดีไฮด์ (หรือคีโตน) ทางจิตใจแล้วรีดเป็นลูกบอล จะได้สูตรวงจรที่สอดคล้องกัน

โครงสร้างทางเคมีของคาร์โบไฮเดรตในซีรีย์โมโนซนั้นค่อนข้างง่าย: อะตอมของคาร์บอนจำนวนหนึ่งก่อตัวเป็นลูกโซ่หรือวัฏจักร ซึ่งแต่ละกลุ่มไฮดรอกซิลและอะตอมไฮโดรเจนจะอยู่คนละด้านหรืออยู่ด้านเดียวกัน หากโครงสร้างที่มีชื่อเดียวกันทั้งหมดอยู่ด้านเดียว จะเกิด D-isomer หากโครงสร้างต่างกันโดยสลับกัน ก็จะเกิด L-isomer หากเราเขียนสูตรทั่วไปของตัวแทนทั่วไปที่สุดของกลูโคสโมโนแซ็กคาไรด์ในรูปแบบโมเลกุล มันจะมีลักษณะดังนี้: _{นอกจากนี้ บันทึกนี้สะท้อนถึงโครงสร้างของฟรุกโตสด้วย ท้ายที่สุดแล้ว ทางเคมี โมโนซิสทั้งสองนี้เป็นไอโซเมอร์เชิงโครงสร้าง กลูโคสเป็นแอลกอฮอล์อัลดีไฮด์ ฟรุกโตสเป็นแอลกอฮอล์คีโต}

โครงสร้างและคุณสมบัติของคาร์โบไฮเดรตของโมโนแซ็กคาไรด์จำนวนหนึ่งมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด อันที่จริง เนื่องจากการปรากฏตัวของกลุ่มอัลดีไฮด์และคีโตนในองค์ประกอบของโครงสร้าง พวกเขาจึงอยู่ในอัลดีไฮด์และคีโตแอลกอฮอล์ ซึ่งกำหนดลักษณะทางเคมีของพวกมันและปฏิกิริยาที่พวกมันสามารถเข้าไปได้

ดังนั้น กลูโคสจึงแสดงคุณสมบัติทางเคมีดังต่อไปนี้:

1. ปฏิกิริยาเนื่องจากการมีอยู่ของกลุ่มคาร์บอนิล:

• ออกซิเดชัน - ปฏิกิริยา "กระจกสีเงิน";
• ด้วยทองแดงตกตะกอน (II) ไฮดรอกไซด์ - กรดอัลโดนิก;
• ตัวออกซิไดซ์ที่แรงสามารถสร้างกรดไดเบสิก (อัลดาริก) ไม่เพียงแต่จะเปลี่ยนเป็นอัลดีไฮด์เท่านั้น แต่ยังสร้างกลุ่มไฮดรอกซิลหนึ่งกลุ่มด้วย
• recovery - แปลงเป็นโพลีไฮดริกแอลกอฮอล์

2. โมเลกุลนี้ยังมีหมู่ไฮดรอกซิลซึ่งสะท้อนถึงโครงสร้าง คุณสมบัติของคาร์โบไฮเดรตที่ได้รับผลกระทบจากข้อมูลการจัดกลุ่ม:

• ความสามารถในการเป็นอัลคิเลต - การก่อตัวของอีเธอร์
• acylation - การก่อตัวของเอสเทอร์;
• ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพสำหรับคอปเปอร์ (II) ไฮดรอกไซด์

3. คุณสมบัติจำเพาะสูงของกลูโคส:

• butyric;
• แอลกอฮอล์;
• การหมักกรดแลคติก

การทำงานในร่างกาย

โครงสร้างและหน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตในซีรีย์โมโนมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ประการแรกประกอบด้วยการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวเคมีของสิ่งมีชีวิต โมโนแซ็กคาไรด์มีบทบาทอย่างไรในเรื่องนี้

1. พื้นฐานสำหรับการผลิตโอลิโก- และโพลีแซ็กคาไรด์
2. เพนโทส (ไรโบสและดีออกซีไรโบส) เป็นโมเลกุลที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ ATP, RNA, DNA และในทางกลับกัน พวกเขาคือซัพพลายเออร์หลักของวัสดุทางพันธุกรรม พลังงาน และโปรตีน
3. ความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดมนุษย์เป็นตัวบ่งชี้ที่แท้จริงของแรงดันออสโมติกและการเปลี่ยนแปลง

โอลิโกแซ็กคาไรด์: โครงสร้าง

โครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตในกลุ่มนี้ลดลงเหลือเพียงโมเลกุลของโมโนแซ็กคาไรด์สอง (ไดโอส) หรือสาม (ไตรโอส) ในองค์ประกอบ นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างที่มี 4, 5 หรือมากกว่าโครงสร้าง (มากถึง 10) แต่ที่พบมากที่สุดคือไดแซ็กคาไรด์ นั่นคือในระหว่างการไฮโดรไลซิสสารประกอบจะแตกตัวเป็นกลูโคส ฟรุกโตส เพนโทส และอื่นๆ สารประกอบใดบ้างที่จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้ ตัวอย่างทั่วไปคือ ซูโครส (น้ำตาลอ้อยทั่วไป), แลคโตส (ส่วนประกอบหลักของนม), มอลโทส, แลคทูโลส, ไอโซมอลโตส

โครงสร้างทางเคมีของคาร์โบไฮเดรตในซีรีย์นี้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1. สูตรโมเลกุลทั่วไป: C₁₂H₂₂O_11.
2. โมโนสที่เหมือนกันหรือต่างกันสองตัวในโครงสร้างไดแซ็กคาไรด์เชื่อมต่อกันโดยใช้สะพานไกลโคซิดิก ลักษณะของสารนี้จะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการรีดิวซ์ของน้ำตาล
3. ลดไดแซ็กคาไรด์. โครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตประเภทนี้ประกอบด้วยการก่อตัวของสะพานไกลโคซิดิกระหว่างไฮดรอกซิลของอัลดีไฮด์และกลุ่มไฮดรอกซิลของโมเลกุลโมโนต่างๆ ได้แก่ มอลโทส แลคโตส และอื่นๆ
4. ไม่ลด - ตัวอย่างทั่วไปของซูโครส - เมื่อสะพานถูกสร้างขึ้นระหว่างไฮดรอกซิลของกลุ่มที่เกี่ยวข้องเท่านั้น โดยไม่มีส่วนร่วมของโครงสร้างอัลดีไฮด์

ดังนั้น โครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตจึงสามารถแสดงเป็นสูตรโมเลกุลสั้นๆ ได้ หากต้องการโครงสร้างที่มีรายละเอียดโดยละเอียด ก็สามารถอธิบายได้โดยใช้การฉายภาพแบบกราฟิกของฟิชเชอร์หรือสูตรของฮาเวิร์ธ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไซคลิกโมโนเมอร์ (monoses) ต่างกันหรือเหมือนกัน (ขึ้นอยู่กับโอลิโกแซ็กคาไรด์) ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยสะพานไกลโคซิดิก เมื่อสร้าง ควรคำนึงถึงความสามารถในการฟื้นฟูเพื่อแสดงการเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง

ตัวอย่างโมเลกุลไดแซ็กคาไรด์

หากงานอยู่ในรูปแบบ: "สังเกตลักษณะโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรต" ดังนั้นสำหรับไดแซ็กคาไรด์ ทางที่ดีควรระบุก่อนว่าประกอบด้วยโมโนส์ที่ตกค้างอยู่อย่างไร ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ:

• ซูโครส - สร้างจากอัลฟากลูโคสและเบต้าฟรุกโตส
• มอลโตส - จากกากน้ำตาล;
• cellobiose - ประกอบด้วยสารตกค้างเบต้ากลูโคสรูปแบบ D สองตัว
• แลคโตส - กาแลคโตส + กลูโคส
• แลคโตส - กาแลคโตส + ฟรุกโตสเป็นต้น

จากนั้น ตามสิ่งตกค้างที่มีอยู่ ควรวาดสูตรโครงสร้างโดยระบุประเภทของสะพานไกลโคซิดิกให้ชัดเจน

ความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต

บทบาทของไดแซ็กคาไรด์ก็มีความสำคัญเช่นกัน ไม่เพียงแต่โครงสร้างเท่านั้นที่มีความสำคัญ หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตและไขมันโดยทั่วไปจะคล้ายกัน พื้นฐานคือองค์ประกอบพลังงาน อย่างไรก็ตาม สำหรับไดแซ็กคาไรด์บางตัว ควรให้ความหมายเฉพาะ

1. ซูโครสเป็นแหล่งหลักของกลูโคสในร่างกายมนุษย์
2. แลคโตสพบได้ในน้ำนมแม่ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมทั้งในนมของผู้หญิงถึง 8%
3. แลคโตโลสได้รับในห้องปฏิบัติการเพื่อใช้ในทางการแพทย์และเติมลงในผลิตภัณฑ์นม

ไดแซ็กคาไรด์ ไตรแซ็กคาไรด์และอื่น ๆ ในร่างกายมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ได้รับการไฮโดรไลซิสทันทีเพื่อสร้าง monoses คุณลักษณะนี้รองรับการใช้คาร์โบไฮเดรตประเภทนี้โดยมนุษย์ในรูปแบบดิบที่ไม่เปลี่ยนแปลง (บีทรูทหรือน้ำตาลอ้อย)

โพลีแซคคาไรด์: คุณสมบัติของโมเลกุล

หน้าที่ องค์ประกอบ และโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตในชุดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตตลอดจนกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ ก่อนอื่น คุณควรหาว่าคาร์โบไฮเดรตชนิดใดเป็นโพลีแซ็กคาไรด์

มีเยอะนะ:

• แป้ง;
• ไกลโคเจน;
• มูริน;
• กลูโคแมนแนน;
• เซลลูโลส;
• เดกซ์ทริน;
• กาแลคโตมันนัน;
• มูโรมิน;
• สารเพกติก;
• อะมิโลส;
• ไคติน

นี่ไม่ใช่รายการทั้งหมด แต่สำคัญที่สุดสำหรับสัตว์และพืชเท่านั้น หากคุณทำงาน "ทำเครื่องหมายลักษณะโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตของพอลิแซ็กคาไรด์จำนวนหนึ่ง" ก่อนอื่นคุณควรให้ความสนใจกับโครงสร้างเชิงพื้นที่ของพวกมัน เหล่านี้เป็นโมเลกุลขนาดมหึมาที่ใหญ่โตมาก ซึ่งประกอบด้วยหน่วยโมโนเมอร์หลายร้อยหน่วยที่เชื่อมขวางด้วยพันธะเคมีของไกลโคซิดิก บ่อยครั้งที่โครงสร้างของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตโพลีแซคคาไรด์เป็นองค์ประกอบชั้น

มีการจำแนกประเภทของโมเลกุลดังกล่าว

1. โฮโมโพลีแซ็กคาไรด์ - ประกอบด้วยมอนอแซ็กคาไรด์ซ้ำๆ กัน พวกมันสามารถเป็น hexoses, pentoses และอื่น ๆ (กลูแคน, แมนแนน, กาแลคตัน) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโมโนเซส
2. เฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ - เกิดจากโมโนเมอร์หน่วยต่างๆ

สารประกอบที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่เชิงเส้นควรมี ตัวอย่างเช่น เซลลูโลส พอลิแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่มีโครงสร้างเป็นกิ่ง - แป้ง ไกลโคเจน ไคติน และอื่นๆ

บทบาทในร่างกายของสิ่งมีชีวิต

โครงสร้างและหน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตกลุ่มนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตัวอย่างเช่นพืชในรูปของสารอาหารสำรองสะสมแป้งในส่วนต่าง ๆ ของหน่อหรือราก แหล่งพลังงานหลักของสัตว์ก็คือพอลิแซ็กคาไรด์ ซึ่งการสลายตัวทำให้เกิดพลังงานค่อนข้างมาก

คาร์โบไฮเดรตมีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของเซลล์ เปลือกของแมลงและกุ้งหลายชนิดประกอบด้วยไคติน มูรินเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์แบคทีเรีย เซลลูโลสเป็นพื้นฐานของพืช

สารอาหารสำรองที่มาจากสัตว์คือโมเลกุลไกลโคเจน หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าไขมันสัตว์ มันถูกเก็บไว้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกายและทำหน้าที่ไม่เพียง แต่พลังงาน แต่ยังทำหน้าที่ป้องกันอิทธิพลทางกล

สำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ โครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตมีความสำคัญอย่างยิ่ง ชีววิทยาของสัตว์และพืชทุกชนิดนั้นต้องการแหล่งพลังงานที่คงที่และไม่สิ้นสุด และมีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่สามารถให้สิ่งนี้และที่สำคัญที่สุดคืออยู่ในรูปของโพลีแซคคาไรด์ ดังนั้นการสลายคาร์โบไฮเดรต 1 กรัมอย่างสมบูรณ์อันเป็นผลมาจากกระบวนการเผาผลาญนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงาน 4.1 กิโลแคลอรี! นี่คือค่าสูงสุด ไม่มีการเชื่อมต่ออีกต่อไป นั่นคือเหตุผลที่ต้องมีคาร์โบไฮเดรตในอาหารของบุคคลและสัตว์ ในทางกลับกัน พืชต้องดูแลตัวเอง: ในกระบวนการสังเคราะห์แสง พวกมันจะสร้างแป้งในตัวเองและเก็บไว้

คุณสมบัติทั่วไปของคาร์โบไฮเดรต

โครงสร้างของไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตโดยทั่วไปคล้ายกัน ท้ายที่สุดพวกมันทั้งหมดเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ แม้แต่หน้าที่บางอย่างก็มีลักษณะทั่วไป ควรสรุปบทบาทและความสำคัญของคาร์โบไฮเดรตทั้งหมดในชีวิตชีวมวลของโลก

1. องค์ประกอบและโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรตบอกเป็นนัยถึงการใช้คาร์โบไฮเดรตเป็นวัสดุก่อสร้างสำหรับเปลือกของเซลล์พืช เยื่อหุ้มสัตว์และแบคทีเรีย ตลอดจนการก่อตัวของออร์แกเนลล์ภายในเซลล์
2. ฟังก์ชั่นป้องกัน เป็นลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตในพืชและปรากฏเป็นหนาม หนาม และอื่นๆ
3. บทบาทพลาสติก - การก่อตัวของโมเลกุลที่สำคัญ (DNA, RNA, ATP และอื่นๆ)
4. ฟังก์ชั่นตัวรับ โพลีแซ็กคาไรด์และโอลิโกแซ็กคาไรด์มีส่วนสำคัญในการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็น "เกราะป้องกัน" ที่จับเอฟเฟกต์
5. บทบาทพลังงานสำคัญที่สุด ให้พลังงานสูงสุดสำหรับกระบวนการภายในเซลล์ทั้งหมด รวมทั้งการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดโดยรวม
6. การควบคุมแรงดันออสโมติก - กลูโคสควบคุมสิ่งนี้
7. พอลิแซ็กคาไรด์บางชนิดกลายเป็นสารอาหารสำรอง เป็นแหล่งพลังงานสำหรับสัตว์ต่างๆ

ดังนั้น เป็นที่ชัดเจนว่าโครงสร้างของไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต หน้าที่และบทบาทของพวกมันในสิ่งมีชีวิตในระบบสิ่งมีชีวิตมีความสำคัญอย่างยิ่งและเด็ดขาด โมเลกุลเหล่านี้คือผู้สร้างชีวิต พวกเขายังรักษาและสนับสนุนมัน

คาร์โบไฮเดรตที่มีสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ

รู้จักกันดีว่าบทบาทของคาร์โบไฮเดรตไม่ได้อยู่ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่ร่วมกับโมเลกุลอื่นๆ เหล่านี้รวมถึงที่พบบ่อยที่สุดชอบ:

• glycosaminoglycans หรือ mucopolysaccharides;
• ไกลโคโปรตีน

โครงสร้างและคุณสมบัติของคาร์โบไฮเดรตประเภทนี้ค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากมีการรวมกลุ่มการทำงานที่หลากหลายเข้าด้วยกันเป็นคอมเพล็กซ์ บทบาทหลักของโมเลกุลประเภทนี้คือการมีส่วนร่วมในกระบวนการชีวิตหลายอย่างของสิ่งมีชีวิต ตัวแทนคือ: กรดไฮยาลูโรนิก, คอนดรอยตินซัลเฟต, เฮปาแรน, เคราตันซัลเฟตและอื่น ๆ

นอกจากนี้ยังมีพอลิแซ็กคาไรด์เชิงซ้อนที่มีโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ไกลโคโปรตีนหรือไลโปโพลีแซคคาไรด์ การดำรงอยู่ของพวกมันมีความสำคัญในการก่อตัวของปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันของร่างกาย เนื่องจากพวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของระบบน้ำเหลือง