Węglowodany struktura chemiczna, klasyfikacja i funkcje

Węglowodany, Węglowodany lub sacharydy to cząsteczki organiczne, które przechowują energię w żywych istotach. Są najliczniejszymi biomolekułami i obejmują: cukry, skrobie i celulozę, między innymi związkami występującymi w organizmach żywych.

Organizmy wykonujące fotosyntezę (rośliny, glony i niektóre bakterie) są głównymi producentami węglowodanów w naturze. Struktura tych sacharydów może być liniowa lub rozgałęziona, prosta lub złożona i może być również związana z biomolekułami innej klasy.

Na przykład węglowodany mogą łączyć białka, tworząc glikoproteiny. Mogą być również związane z cząsteczkami lipidów, tworząc w ten sposób glikolipidy, biomolekułki, które tworzą strukturę błon biologicznych. Węglowodany występują również w strukturze kwasów nukleinowych.

Wszystkie żywe istoty mają swoje komórki pokryte gęstą warstwą złożonych węglowodanów. Węglowodany powstają przez monosacharydy, małe cząsteczki utworzone przez od trzech do dziewięciu atomów węgla zjednoczonych z grupami hydroksylowymi (-OH), które mogą różnić się rozmiarem i konfiguracją.

Struktura chemiczna

Węglowodany powstają przez atomy węgla, wodoru i tlenu. Większość z nich może być reprezentowana przez formułę empiryczną (CH2O) n, gdzie n jest liczbą węgli w cząsteczce. Innymi słowy, stosunek węgla, wodoru i tlenu wynosi 1: 2: 1 w cząsteczkach węglowodanów.

Ta formuła wyjaśnia pochodzenie terminu „węglowodan”, ponieważ składniki to atomy węgla („węglowodany”) i atomy wody (zatem „hydrat”). Chociaż węglowodany powstają głównie przez te trzy atomy, istnieją niektóre węglowodany z azotem, fosforem lub siarką.

W swojej podstawowej formie węglowodany są proste lub monosacharydowe cukry. Te proste cukry można łączyć ze sobą, tworząc bardziej złożone węglowodany.

Połączenie dwóch prostych cukrów to disacharyd. Oligosacharydy zawierają od dwóch do dziesięciu prostych cukrów, a polisacharydy są największymi węglowodanami, utworzonymi przez ponad dziesięć jednostek monosacharydów.

Może ci służyć: fenole lub związki fenolowe: właściwości, typy, zastosowania

Struktura węglowodanów określa, w jaki sposób energia jest przechowywana w swoich linkach podczas ich tworzenia przez fotosyntezę, a także w jaki sposób te połączenia są łamane podczas oddychania komórkowego.

Klasyfikacja

Monosacharydy

Monosacharydy to jednostki elementarne węglowodanów, więc są najprostszą strukturą sacharydu. Fizycznie monosacharydy to krystaliczne ciśnie stałe bez koloru. Większość ma słodki smak.

Z chemicznego punktu widzenia monosacharydy mogą być aldehydami lub ketony, w zależności od tego, gdzie grupa karbonylowa (C = O) znajduje się w liniowych węglowodanach. Strukturalnie monosacharydy mogą tworzyć łańcuchy liniowe lub zamknięte pierścienie.

Ponieważ monosacharydy mają grupy hydroksylowe, większość jest rozpuszczalna w wodzie i nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych.

W zależności od liczby węgli w jego strukturze monosacharyd będzie miał na przykład różne nazwy: triosa (jeśli masz 3 atomy C), pentose (jeśli masz 5c) i tak dalej.

Disacharydes

Disacharydy są podwójnymi cukrami, które są tworzone razem dwa monosacharydy w procesie chemicznym zwanym syntezą odwodnienia, ponieważ cząsteczka wody jest tracona podczas reakcji. Jest również znany jako reakcja kondensacyjna.

Zatem disacharyd jest dowolną substancją, która składa się z dwóch prostych cząsteczek cukru (monosacharydy) połączonych ze sobą przez łącze glikozydowe.

Kwasy mają zdolność łamania tych wiązań, z tego powodu disacharydy można trawić w żołądku.

Disacharydy są na ogół rozpuszczalne w wodzie i słodyczych, gdy są spożywane. Trzy główne disacharydy to sacharoza, laktoza i maltoza: sacharoza pochodzi ze zjednoczenia glukozy i fruktozy; Laktoza pochodzi ze zjednoczenia glukozy i galaktozy; a maltoza pochodzi ze zjednoczenia dwóch cząsteczek glukozy.

Oligosacharydy

Oligosacharydy są złożonymi polimerami utworzonymi przez kilka prostych jednostek cukrów, to znaczy od 3 do 9 monosacharydów.

Reakcja jest taka sama, która tworzy disacharydki, ale także wynika z pęknięcia bardziej złożonych cząsteczek cukru (polisacharydy).

Może ci służyć: Quintana Roo Flora i Fauna

Większość oligosacharydów znajduje się w roślinach i działa jako rozpuszczalne włókno, co może pomóc zapobiec zaparciom. Jednak istoty ludzkie nie posiadają enzymów, aby je trawić głównie, z wyjątkiem maltotriosa.

Z tego powodu oligosacharydy, które nie są początkowo trawione w jelicie cienkim, mogą być degradowane przez bakterie, które normalnie zamieszkują jelito grube poprzez proces fermentacji. Prebiotyki wypełniają tę funkcję, służą jako pokarm dla korzystnych bakterii.

Polisacharydy

Polisacharydy są największymi polimerami, powstają przez ponad 10 (do tysięcy) jednostek monosacharydów ułożonych w sposób liniowy lub rozgałęziony. Zmienności rozmieszczenia przestrzennego dają wiele właściwości tych cukrów.

Polisacharydy mogą składać się z tego samego monosacharydu lub kombinacji różnych monosacharydów. Jeśli powstają one powtarzane jednostki tego samego cukru, nazywane są homopolisacharydami, takimi jak glikogen i skrobia, które są odpowiednio węglowodanami ze zwierzętami i roślinami.

Jeśli polisacharyd składa się z jednostek różnych cukrów nazywane heteropolisacharydami. Większość zawiera tylko dwie różne jednostki i zwykle wiąże się z białkami (glikoproteiny, takie jak gammaglobulina w osoczu krwi) lub lipidy (glikolipidy, takie jak zwoju).

Funkcje

Cztery główne funkcje węglowodanów to: Zapewnienie energii, przechowywania energii, budowania makrocząsteczek i unikanie degradacji białka i tłuszczu.

Węglowodany są degradowane przez trawienie w prostych cukrach. Są one wchłaniane przez cienkie komórki jelit i są transportowane do wszystkich komórek ciała, gdzie zostaną one utlenione w celu uzyskania energii w postaci tryfosforanu adenozyny (ATP).

Cząsteczki cukru, które nie są wykorzystywane w produkcji energii w danym czasie, są przechowywane w ramach polimerów rezerwowych, takich jak glikogen i skrobia.

Może ci służyć: Tribrastic: Charakterystyka i tworzenie warstw

Nukleotydy, podstawowe jednostki kwasów nukleinowych, mają cząsteczki glukozy w swojej strukturze. Kilka ważnych białek wiąże się z cząsteczkami węglowodanów, na przykład: stymulujący hormon pęcherzyków (FSH), który interweniuje w procesie owulacji.

Ponieważ węglowodany są głównym źródłem energii, ich szybka degradacja zapobiega degradacji innych biomolekuł, aby uzyskać energię. Zatem, gdy poziomy cukru są normalne, białka i lipidy są chronione przed degradacją.

Niektóre węglowodany są rozpuszczalne w wodzie, działają jako podstawowa żywność w praktycznie wszystkich, a utlenianie tych cząsteczek jest główną ścieżką produkcji energii w większości komórek niefotosyntetycznych.

Niepuszczalne węglowodany są powiązane w celu tworzenia bardziej złożonych struktur, które służą jako ochrona. Na przykład: celuloza tworzy ścianę komórek roślinnych wraz z hemicelluzą i pektyną. Chityna tworzy grzybową ścianę komórkową i egzoszkielet egzoszkieletowy.

Ponadto peptydoglikan tworzy ścianę komórkową bakterii i sinicy. Tkanka łączna zwierząt i stawów szkieletowych powstają przez polisacharydy.

Wiele węglowodanów jest kowalencyjnie powiązanych z białkami lub lipidami tworzącymi bardziej złożone struktury, zwane glyconjugado. Kompleksy te działają jak etykiety, które określają lokalizację wewnątrzkomórkową lub cel metaboliczny tych cząsteczek

Bibliografia

1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, g. & Strayer, L. (2015). Biochemia (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
2. Campbell, n. & Reece, J. (2005). Biologia (2 wyd.) Edukacja Pearsona.
3. Maughan, r. (2009). Metabolizm węglowodanów. Chirurgia, 27(1), 6-10.
4. Nelson, zm., Cox, m. & Lehninger, a. (2013). Zasady biochemii lehninger (6^th). W.H. Freeman and Company.
5. Salomon, e., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologia (7 wyd.) Cengage Learning.