Ogļhidrātu ķīmiskā struktūra, klasifikācija un funkcijas



The ogļhidrāti, ogļhidrāti vai saharīdi ir organiskas molekulas, kas enerģiju uzglabā dzīvās būtnēs. Tās ir visbiežāk sastopamās biomolekulas, un tās ietver: cukurus, cietes un celulozi, citu savienojumu klātbūtni dzīvajos organismos..

Organismi, kas veic fotosintēzi (augi, aļģes un dažas baktērijas), ir galvenie ogļhidrātu ražotāji dabā. Šo saharīdu struktūra var būt lineāra vai sazarota, vienkārša vai savienota, un to var saistīt arī ar cita veida biomolekulām..

Piemēram, ogļhidrāti var saistīt proteīnus, veidojot glikoproteīnus. Tās var būt saistītas arī ar lipīdu molekulām, veidojot glikolipīdus, biomolekulas, kas veido bioloģisko membrānu struktūru. Ogļhidrāti ir arī nukleīnskābju struktūrā.

Sākotnēji ogļhidrāti tika atzīti par šūnu enerģijas uzglabāšanas molekulām. Pēc tam tika noteiktas citas svarīgas funkcijas, kuras bioloģiskās sistēmās atbilst ogļhidrātiem.

Visām dzīvajām būtnēm ir savas šūnas ar blīvu kompleksu ogļhidrātu slāni. Ogļhidrātus veido monosaharīdi, mazas molekulas, ko veido trīs līdz deviņi oglekļa atomi, kas piesaistīti hidroksilgrupām (-OH), kas var atšķirties pēc izmēra un konfigurācijas..

Svarīga ogļhidrātu īpašība ir milzīgā strukturālā daudzveidība šajā molekulu klasē, kas ļauj tām veikt plašu funkciju klāstu, piemēram, ģenerēt šūnu signalizācijas molekulas, veidot audus un radīt dažādu asins grupu identitāti cilvēkiem..

Tāpat ekstracelulārā matrica augstākajos eukariotos ir bagāta ar izdalītiem ogļhidrātiem, kas ir būtiski šūnu izdzīvošanai un saziņai. Šos šūnu atpazīšanas mehānismus izmanto dažādi patogēni, lai inficētu to saimniekšūnas.

Monosaharīdus var sasaistīt ar glikozīdu saitēm, lai veidotu daudz dažādu ogļhidrātu: disaharīdus, oligosaharīdus un polisaharīdus. Ogļhidrātu struktūras un funkcijas izpēte bioloģiskajās sistēmās tiek saukta par glikobioloģiju.

Indekss

  • 1 Ķīmiskā struktūra
  • 2 Klasifikācija
    • 2.1 Monosaharīdi
    • 2.2. Disaharīdi
    • 2.3. Oligosaharīdi 
    • 2.4. Polisaharīdi
  • 3 Funkcijas
  • 4 Pārtikas produkti, kas satur ogļhidrātus
    • 4.1. Ciete
    • 4.2 Augļi un dārzeņi
    • 4.3. Piens
    • 4.4. Saldumi
  • 5 Ogļhidrātu vielmaiņa
  • 6 Atsauces

Ķīmiskā struktūra

Ogļhidrāti sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa atomiem. Lielāko daļu no tiem var attēlot ar empīrisko formulu (CH2O) n, kur n ir oglekļa daudzums molekulā. Citiem vārdiem sakot, oglekļa, ūdeņraža un skābekļa attiecība ogļhidrātu molekulās ir 1: 2: 1.

Šī formula izskaidro termina "ogļhidrāts" izcelsmi, jo sastāvdaļas ir oglekļa atomi ("karbo") un ūdens atomi (tātad "hidrāts"). Lai gan ogļhidrātus galvenokārt veido šie trīs atomi, ir daži ogļhidrāti ar slāpekli, fosforu vai sēru..

Tās pamatveidā ogļhidrāti ir vienkārši cukuri vai monosaharīdi. Šos vienkāršos cukurus var apvienot, lai veidotu sarežģītākus ogļhidrātus.

Divu vienkāršu cukuru kombinācija ir disaharīds. Oligosaharīdi satur no diviem līdz desmit vienkāršiem cukuriem, un polisaharīdi ir lielākie ogļhidrāti, kas sastāv no vairāk nekā desmit monosaharīdu vienībām..

Ogļhidrātu struktūra nosaka, kā enerģija tiek saglabāta tās obligācijās tā veidošanās laikā ar fotosintēzi, kā arī to, kā šīs saites tiek sadalītas šūnu elpošanas laikā..

Klasifikācija

Monosaharīdi

Monosaharīdi ir ogļhidrātu pamatvienības, tāpēc tie ir vienkāršākā saharīda struktūra. Fiziski, monosaharīdi ir kristāliskas cietvielas bez krāsas. Vairumam ir salda garša.

No ķīmiskā viedokļa monosaharīdi var būt aldehīdi vai ketoni, atkarībā no tā, kur karbonilgrupa (C = O) atrodas lineārajos ogļhidrātos. Strukturāli monosaharīdi var veidot lineāras ķēdes vai slēgtus gredzenus.

Tā kā monosaharīdiem ir hidroksilgrupas, lielākā daļa ir ūdenī šķīstoši un nešķīst polārie šķīdinātāji.

Atkarībā no oglekļa daudzuma, kas jums ir jūsu struktūrā, monosaharīdam būs dažādi nosaukumi, piemēram: trioze (ja jums ir 3 C atomi), pentoze (ja jums ir 5C) un tā tālāk.

Disaharīdi

Disaharīdi ir dubultie cukuri, kas veidojas, savienojot divus monosaharīdus ķīmiskā procesā, ko sauc par dehidratācijas sintēzi, jo reakcijas laikā tiek zaudēta ūdens molekula. To sauc arī par kondensācijas reakciju.

Tādējādi disaharīds ir jebkura viela, kas sastāv no divām vienkāršu cukuru (monosaharīdu) molekulām, kas savienotas kopā ar glikozīdu saiti..

Skābēm ir iespēja lauzt šīs saites, tāpēc disaharīdus var sagremot kuņģī.

Disaharīdi parasti šķīst ūdenī un saldi norijot. Trīs galvenie disaharīdi ir saharoze, laktoze un maltoze: saharoze nāk no glikozes un fruktozes saistīšanās; laktoze nāk no glikozes un galaktozes savienojuma; un maltoze nāk no divu glikozes molekulu savienojuma.

Oligosaharīdi

Oligosaharīdi ir kompleksie polimēri, ko veido dažu vienkāršu cukuru vienības, tas ir, no 3 līdz 9 monosaharīdiem..

Reakcija ir tāda pati, kas veido disaharīdus, bet nāk arī no sarežģītāku cukura molekulu (polisaharīdu) sadalīšanās..

Lielākā daļa oligosaharīdu ir augos un darbojas kā šķīstoša šķiedra, kas var palīdzēt novērst aizcietējumus. Tomēr cilvēkiem nav fermentu, lai tos sagremotu, izņemot maltotriozi.

Šā iemesla dēļ oligosaharīdus, kas sākotnēji nav sagremoti tievajās zarnās, var noārdīt baktērijas, kas parasti apdzīvo resno zarnu, izmantojot fermentācijas procesu. Prebiotikas pilda šo funkciju, kalpo par labu labvēlīgām baktērijām.

Polisaharīdi

Polisaharīdi ir lielākie saharīdu polimēri, tos veido vairāk nekā 10 (līdz tūkstošiem) monosaharīdu vienību, kas sakārtotas lineārā vai sazarotā veidā. Telpiskās izkārtojuma variācijas ir šīs cukuru daudzveidīgās īpašības.

Polisaharīdi var sastāvēt no viena monosaharīda vai dažādu monosaharīdu kombinācijas. Ja tos veido atkārtoti vienas cukura vienības, tos sauc par homopolisaharīdiem, piemēram, glikogēnu un cieti, kas ir dzīvnieku un augu uzglabāšanas ogļhidrāti..

Ja polisaharīdu veido dažādu cukuru vienības, tos sauc par heteropolisaharīdiem. Lielākā daļa satur tikai divas dažādas vienības, un parasti tās ir saistītas ar olbaltumvielām (glikoproteīniem, piemēram, gamma globulīnu asins plazmā) vai lipīdiem (glikolipīdiem, piemēram, gangliozīdiem)..

Funkcijas

Četras galvenās ogļhidrātu funkcijas ir: nodrošināt enerģiju, uzglabāt enerģiju, veidot makromolekulas un novērst proteīnu un tauku noārdīšanos.

Ogļhidrātus noārda vienkāršā cukurā. Tās absorbē tievās zarnas šūnas un tiek transportētas uz visām ķermeņa šūnām, kur tās tiks oksidētas enerģijai adenozīna trifosfāta (ATP) veidā..

Cukura molekulas, kas netiek izmantotas enerģijas ražošanā jebkurā laikā, tiek uzglabātas kā rezerves polimēru, piemēram, glikogēna un cietes, daļa..

Nukleotīdi, kas ir nukleīnskābju pamatvienības, savā struktūrā satur glikozes molekulas. Ar ogļhidrātu molekulām ir saistītas vairākas svarīgas olbaltumvielas, piemēram: folikulu stimulējošais hormons (FSH), kas iejaucas ovulācijas procesā..

Tā kā ogļhidrāti ir galvenais enerģijas avots, to ātra noārdīšanās kavē citu biomolekulu noārdīšanos, lai iegūtu enerģiju. Tādējādi, ja cukura līmenis ir normāls, olbaltumvielas un lipīdi ir pasargāti no degradācijas.

Daži ogļhidrāti ūdenī šķīst, tie darbojas kā galvenā pārtika praktiski visā pasaulē, un šo molekulu oksidācija ir galvenais enerģijas ražošanas avots vairumā fotosintētisko šūnu..

Nešķīstošie ogļhidrāti ir saistīti ar sarežģītākām struktūrām, kas kalpo kā aizsardzība. Piemēram: celuloze veido augu šūnu sienu kopā ar hemicelulozēm un pektīnu. Chitīns veido sēnīšu šūnu sienu un posmkāju exoskeleton.

Arī peptidoglikāns veido baktēriju un cianobaktēriju šūnu sienu. Dzīvnieku saistaudu un skeleta locītavu veido polisaharīdi.

Daudzi ogļhidrāti ir kovalenti saistīti ar proteīniem vai lipīdiem, veidojot sarežģītākas struktūras, ko kopīgi sauc par glikokonjugātiem. Šie kompleksi darbojas kā etiķetes, kas nosaka šo molekulu intracelulāro atrašanās vietu vai metabolisko likteni

Pārtikas produkti, kas satur ogļhidrātus

Ogļhidrāti ir svarīga veselīga uztura sastāvdaļa, jo tie ir galvenais enerģijas avots. Tomēr dažiem pārtikas produktiem ir veselīgāki ogļhidrāti, kas piedāvā lielāku uzturvielu daudzumu, piemēram:

Cietes

Pārtikas produkti, kas satur cieti, ir galvenais ogļhidrātu avots. Šīs cietes ir vispārēji sarežģīti ogļhidrāti, ti, tos veido daudzi cukuri, kas savienoti kopā, veidojot garu molekulāro ķēdi. Šā iemesla dēļ cietes tiek sagremotas ilgāk.

Ir plašs pārtikas produktu klāsts, kas satur cietes. Graudi ietver pārtikas produktus ar augstu cietes saturu, piemēram, pupiņas, lēcas un rīsi. Labība satur arī šos ogļhidrātus, piemēram, auzas, mieži, kvieši un to atvasinājumi (milti un makaroni) .

Pākšaugi un rieksti satur arī ogļhidrātus cietes veidā. Turklāt dārzeņi, piemēram, kartupeļi, saldie kartupeļi, kukurūza un ķirbji ir bagāti ar cietes saturu.

Ir svarīgi atzīmēt, ka daudzi ogļhidrāti ir šķiedru avots. Tas nozīmē, ka šķiedra būtībā ir ogļhidrātu veids, ko organisms var sagremot tikai daļēji.

Līdzīgi kā sarežģīti ogļhidrāti, ogļhidrātu šķiedras mēdz būt lēnām sagremotas.

Augļi un dārzeņi

Augļiem un dārzeņiem ir augsts ogļhidrātu saturs. Atšķirībā no cietes, augļi un dārzeņi satur vienkāršus ogļhidrātus, ti, ogļhidrātus ar vienu vai diviem saharīdiem..

Šie ogļhidrāti, kas ir vienkārši molekulāro struktūru, ir vieglāk un ātrāk sagremojami nekā sarežģīti. Tas dod priekšstatu par dažādiem līmeņiem un ogļhidrātu veidiem, kas ir pārtikas produktiem.

Tādējādi dažiem augļiem vienā porcijā ir vairāk ogļhidrātu, piemēram: banāniem, āboliem, apelsīniem, melonēm un vīnogām ir vairāk ogļhidrātu nekā daži dārzeņi, piemēram, spināti, brokoļi un lapu kāposti, burkāni, sēnes un baklažānus.

Piens

Līdzīgi dārzeņiem un augļiem piena produkti ir pārtikas produkti, kas satur vienkāršus ogļhidrātus. Pienam ir savs cukurs, ko sauc par laktozi, saldu garšu disaharīdu. Viena tasi tas ir aptuveni 12 grami ogļhidrātu.

Tirgū ir daudz piena un jogurta versiju. Neatkarīgi no tā, vai jūs patērējat pilnu vai samazinātu tauku versiju konkrētam pienam, ogļhidrātu daudzums būs vienāds..

Saldumi

Saldumi ir vēl viens labi zināms ogļhidrātu avots. Tie ietver cukuru, medu, konfektes, mākslīgos dzērienus, cepumus, saldējumu, kā arī daudzus citus desertus. Visi šie produkti satur augstu cukura koncentrāciju.

Savukārt daži pārstrādāti un rafinēti pārtikas produkti satur kompleksus ogļhidrātus, piemēram, maizi, rīsu un balto makaronu izstrādājumus. Ir svarīgi atzīmēt, ka attīrītie ogļhidrāti nav tik barojoši kā ogļhidrāti, kas ir augļiem un dārzeņiem.

Ogļhidrātu vielmaiņa

Ogļhidrātu metabolisms ir vielmaiņas reakciju kopums, kas ietver ogļhidrātu veidošanos, sadalīšanos un konversiju šūnās..

Ogļhidrātu vielmaiņa ir ļoti konservēta, un to var novērot pat no baktērijām, un galvenais piemērs ir Lac Operon. E. coli.

Ogļhidrāti ir svarīgi daudzos vielmaiņas ceļos, piemēram, fotosintēze, svarīgākā ogļhidrātu veidošanās reakcija dabā..

No oglekļa dioksīda un ūdens augi izmanto saules enerģiju, lai sintezētu ogļhidrātu molekulas.

Savukārt dzīvnieku un sēnīšu šūnas noārda ogļhidrātus, ko patērē augu audos, lai iegūtu enerģiju ATP veidā, izmantojot procesu, ko sauc par šūnu elpošanu..

Mugurkaulniekiem glikoze tiek transportēta visā organismā caur asinīm. Ja šūnu enerģijas krājumi ir zemi, glikozi degradē metaboliskā reakcija, ko sauc par glikolīzi, lai iegūtu maz enerģijas un dažus metaboliskus starpproduktus..

Glikozes molekulas, kas nav nepieciešamas tūlītējai enerģijas ražošanai, tiek uzglabātas kā glikogēns aknās un muskuļos, izmantojot procesu, ko sauc par glikogēnu..

Dažiem vienkāršiem ogļhidrātiem ir savi sadalīšanās ceļi, piemēram, daži sarežģītāki ogļhidrāti. Piemēram, laktozei ir nepieciešama laktāzes enzīma darbība, kas izjauc tās saites un atbrīvo tās galvenos monosaharīdus, glikozi un galaktozi..

Glikoze ir galvenais ogļhidrāts, ko patērē šūnas, veidojot aptuveni 80% no enerģijas avotiem.

Glikoze tiek izplatīta šūnās, kur tā var nonākt caur specifiskiem transportētājiem, lai tos sadalītu vai uzglabātu kā glikogēnu.

Atkarībā no šūnu vielmaiņas prasībām glikozi var izmantot arī citu monosaharīdu, taukskābju, nukleīnskābju un dažu aminoskābju sintezēšanai..

Ogļhidrātu vielmaiņas galvenā funkcija ir saglabāt cukura līmeņa asinīs kontroli, tas ir pazīstams kā iekšējais homeostāze.

Atsauces

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Šūnas molekulārā bioloģija (6. izdevums). Garland Zinātne.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioķīmija (8. izdevums). W. H. Freemans un uzņēmums.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Bioloģija (2. izdevums) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Ātrs bioķīmijas apskats: ogļhidrātu vielmaiņa. Klīniskā bioķīmija, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulāro šūnu bioloģija (8. izdevums). W. H. Freemans un uzņēmums.
  6. Maughan, R. (2009). Ogļhidrātu vielmaiņa. Ķirurģija, 27(1), 6-10.
  7. Nelsons, D., Kokss, M. & Lehningers, A. (2013). Lehningera bioķīmijas principi (6. \ Tth). W.H. Freeman and Company.
  8. Solomons, E., Bergs, L. un Martin, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī (5. izdevums). Wiley.