cząsteczki węglowodanów
węglowodany są niezbędnymi makrocząsteczkami, które są podzielone na trzy podtypy: monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.
cele nauki
opisz strukturę mono-, di-i poli-sacharydów
kluczowe wnioski
kluczowe punkty
- monosacharydy są cukrami prostymi złożonymi z trzech do siedmiu węgli i mogą istnieć jako łańcuch liniowy lub jako cząsteczki w kształcie pierścienia.,
- glukoza, galaktoza i fruktoza są izomerami monosacharydów, co oznacza, że wszystkie mają ten sam wzór chemiczny, ale różnią się strukturalnie i chemicznie.
- disacharydy powstają, gdy dwa monosacharydy przechodzą reakcję odwodnienia( reakcję kondensacji); są one utrzymywane razem przez wiązanie kowalencyjne.
- sacharoza (cukier stołowy) jest najczęstszym disacharydem, który składa się z monomerów glukozy i fruktozy.,
- polisacharyd jest długim łańcuchem monosacharydów połączonych wiązaniami glikozydowymi; łańcuch może być rozgałęziony lub nierozgałęziony i może zawierać wiele rodzajów monosacharydów.
kluczowe terminy
- izomer: dowolny z dwóch lub więcej związków o tym samym wzorze cząsteczkowym, ale o innej strukturze.
- reakcja odwodnienia: reakcja chemiczna, w której dwie cząsteczki są kowalencyjnie połączone w reakcję, która generuje H2O jako drugi produkt.,
- biopolimer: każda makrocząsteczka żywego organizmu, która powstaje z polimeryzacji mniejszych jednostek; polimer, który występuje w żywym organizmie lub wynika z życia.
węglowodany można przedstawić wzorem stechiometrycznym (CH2O)n, gdzie n to liczba węgli w cząsteczce. Dlatego stosunek węgla do wodoru do tlenu wynosi 1: 2: 1 w cząsteczkach węglowodanów. Pochodzenie terminu „węglowodan” opiera się na jego składnikach: węglu („carbo”) i wodzie („hydrat”)., Węglowodany dzielą się na trzy podtypy: monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.
monosacharydy
monosacharydy (mono- = „jeden”; sacchar- = „słodki”) są cukrami prostymi. W monosacharydach liczba węglanów zwykle waha się od trzech do siedmiu. Jeśli cukier ma grupę aldehydową (grupę funkcyjną o strukturze R-CHO), jest znany jako Aldoza, a jeśli ma grupę ketonową (grupę funkcyjną o strukturze RC(=O)R'), jest znany jako ketoza., W zależności od liczby węgli w cukrze, mogą one być również znane jako triozy( trzy węgle), pentozy (pięć węgli) i heksozy (sześć węgli). Monosacharydy mogą występować jako łańcuch liniowy lub jako cząsteczki w kształcie pierścienia; w roztworach wodnych zwykle występują w postaci pierścieni.
monosacharydy: monosacharydy są klasyfikowane na podstawie położenia ich grupy karbonylowej i liczby węgli w kręgosłupie., Aldozy mają grupę karbonylową (zaznaczoną na Zielono) na końcu łańcucha węglowego, a ketozy mają grupę karbonylową w środku łańcucha węglowego. Triozy, pentozy i heksozy mają odpowiednio trzy, pięć i sześć karbonowych kości grzbietowych.
zwykłe monosacharydy
glukoza (C6H12O6) jest powszechnym monosacharydem i ważnym źródłem energii. Podczas oddychania komórkowego energia jest uwalniana z glukozy i ta energia jest wykorzystywana do wytwarzania adenozynotrójfosforanu (ATP)., Rośliny syntetyzują glukozę za pomocą dwutlenku węgla i wody, a glukoza z kolei jest wykorzystywana do zapotrzebowania na energię dla rośliny.
galaktoza (cukier mleczny) i fruktoza (występujące w owocach) to inne popularne monosacharydy. Chociaż glukoza, galaktoza i fruktoza mają ten sam wzór chemiczny (C6H12O6), różnią się one strukturalnie i stereochemicznie. To czyni je różnymi cząsteczkami, pomimo dzielenia tych samych atomów w tych samych proporcjach, i wszystkie są wzajemnie izomerami lub monosacharydami izomerycznymi. Glukoza i galaktoza to aldozy, a fruktoza to ketoza.,
disacharydy
disacharydy (di- = „dwa”) powstają, gdy dwa monosacharydy ulegają reakcji odwodnienia (znanej również jako reakcja kondensacji lub synteza odwodnienia). Podczas tego procesu grupa hydroksylowa jednego monosacharydu łączy się z wodorem innego monosacharydu, uwalniając cząsteczkę wody i tworząc wiązanie kowalencyjne. Wiązanie kowalencyjne utworzone między cząsteczką węglowodanu a inną cząsteczką (w tym przypadku między dwoma monosacharydami) jest znane jako Wiązanie glikozydowe. Wiązania glikozydowe (zwane również wiązaniami glikozydowymi) mogą być typu alfa lub beta.,
disacharydy: sacharoza powstaje, gdy monomer glukozy i monomer fruktozy są połączone w reakcji dehydratacji, tworząc wiązanie glikozydowe. W procesie tym traci się cząsteczkę wody. Zgodnie z konwencją, atomy węgla w monosacharydie są numerowane od końcowego węgla najbliższego grupie karbonylowej. W sacharozie powstaje połączenie glikozydowe między węglem 1 w glukozie i węglem 2 w fruktozie.
popularne disacharydy
popularne disacharydy obejmują laktozę, maltozę i sacharozę., Laktoza jest disacharydem składającym się z monomerów-glukozy i galaktozy. Występuje naturalnie w mleku. Maltoza, lub cukier słodowy, jest disacharydem powstałym w wyniku reakcji dehydratacji dwóch cząsteczek glukozy. Najczęstszym disacharydem jest sacharoza lub cukier stołowy, który składa się z monomerów glukozy i fruktozy.
polisacharydy
długi łańcuch monosacharydów połączonych wiązaniami glikozydowymi jest znany jako polisacharyd (Poli- = „wiele”). Łańcuch może być rozgałęziony lub nierozgałęziony i może zawierać różne rodzaje monosacharydów., Skrobia, glikogen, celuloza i chityna są głównymi przykładami polisacharydów.
rośliny są w stanie syntetyzować glukozę, a nadmiar glukozy jest przechowywany jako skrobia w różnych częściach roślin, w tym w korzeniach i nasionach. Skrobia jest przechowywaną formą cukrów w roślinach i składa się z monomerów glukozy, które są połączone wiązaniami α1-4 lub 1-6 glikozydowymi. Skrobia w nasionach dostarcza pożywienia dla zarodka, gdy kiełkuje, podczas gdy skrobia spożywana przez ludzi jest rozkładana przez enzymy na mniejsze cząsteczki, takie jak maltoza i glukoza. Komórki mogą następnie wchłonąć glukozę.,
wspólne polisacharydy
glikogen jest formą przechowywania glukozy u ludzi i innych kręgowców. Składa się z monomerów glukozy. Glikogen jest zwierzęcym odpowiednikiem skrobi i jest silnie rozgałęzioną cząsteczką przechowywaną zwykle w komórkach wątroby i mięśni. Ilekroć poziom glukozy we krwi spada, glikogen jest rozkładany w celu uwolnienia glukozy w procesie znanym jako glikogenoliza.
celuloza jest najbardziej obfitym naturalnym biopolimerem. Ściana komórkowa roślin jest w większości wykonana z celulozy i zapewnia strukturalne wsparcie komórki., Celuloza składa się z monomerów glukozy, które są połączone wiązaniami glikozydowymi β 1-4. Co drugi monomer glukozy w celulozie jest odwrócony, a monomery są szczelnie pakowane jako wydłużone długie łańcuchy. To nadaje celulozie sztywność i wysoką wytrzymałość na rozciąganie—co jest tak ważne dla komórek roślinnych.
polisacharydy: w celulozie monomery glukozy są połączone w niebranchowanych łańcuchach przez wiązania glikozydowe β 1-4., Ze względu na sposób łączenia podjednostek glukozy, każdy monomer glukozy jest odwracany względem następnego, co powoduje liniową, włóknistą strukturę.
funkcja węglowodanów
węglowodany pełnią różne funkcje u różnych zwierząt. Stawonogi mają zewnętrzny szkielet, egzoszkielet, który chroni ich wewnętrzne części ciała. Ten egzoszkielet jest wykonany z chityny, która jest azotem zawierającym polisacharyd. Składa się z powtarzających się jednostek N-acetylo-β-D-glukozaminy, modyfikowanego cukru. Chityna jest również głównym składnikiem ścian komórkowych grzybów.
