Plán:
1. Definícia pojmu: sacharidy. Klasifikácia.
2. Zloženie, fyzikálne a chemické vlastnosti sacharidov.
3. Rozšírenie v prírode. Potvrdenie. Aplikácia.
Sacharidy - organické zlúčeniny obsahujúce karbonylové a hydroxylové skupiny atómov, ktoré majú všeobecný vzorec C n (H 2 O) m, (kde n a m > 3).
Sacharidy Látky prvoradého biochemického významu sú vo voľnej prírode rozšírené a zohrávajú dôležitú úlohu v ľudskom živote. Názov sacharidy vznikol na základe údajov z analýzy prvých známych predstaviteľov tejto skupiny zlúčenín. Látky tejto skupiny pozostávajú z uhlíka, vodíka a kyslíka a pomer počtu atómov vodíka a kyslíka v nich je rovnaký ako vo vode, t.j. Na každé 2 atómy vodíka pripadá jeden atóm kyslíka. V minulom storočí boli považované za hydráty uhlíka. Odtiaľ pochádza ruský názov uhľohydráty, navrhnutý v roku 1844. K. Schmidt. Všeobecný vzorec pre uhľohydráty je podľa toho, čo už bolo povedané, C m H 2p O p. Vybratím „n“ zo zátvoriek sa získa vzorec C m (H 2 O) n, ktorý veľmi jasne odráža názov „ uhľohydráty“. Štúdium uhľohydrátov ukázalo, že existujú zlúčeniny, ktoré podľa všetkých vlastností treba priradiť do skupiny uhľohydrátov, hoci majú zloženie, ktoré presne nezodpovedá vzorcu C m H 2p O p. Napriek tomu staré názov "sacharidy" sa zachoval dodnes, hoci spolu s týmto názvom sa niekedy používa aj novší názov, glycidy, na označenie skupiny látok, o ktorých sa uvažuje.
Sacharidy možno rozdeliť na tri skupiny : 1) Monosacharidy - sacharidy, ktoré možno hydrolyzovať za vzniku jednoduchších sacharidov. Do tejto skupiny patria hexózy (glukóza a fruktóza), ako aj pentóza (ribóza). 2) Oligosacharidy - kondenzačné produkty niekoľkých monosacharidov (napríklad sacharóza). 3) Polysacharidy - polymérne zlúčeniny obsahujúce veľké množstvo molekúl monosacharidov.
Monosacharidy. Monosacharidy sú heterofunkčné zlúčeniny. Ich molekuly súčasne obsahujú ako karbonyl (aldehyd alebo ketón), tak aj niekoľko hydroxylových skupín, t.j. monosacharidy sú polyhydroxykarbonylové zlúčeniny - polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketóny. Podľa toho sa monosacharidy delia na aldózy (monosacharid obsahuje aldehydovú skupinu) a ketózy (obsahuje ketoskupinu). Napríklad glukóza je aldóza a fruktóza je ketóza.
Potvrdenie. Glukóza sa v prírode vyskytuje prevažne vo voľnej forme. Je tiež štruktúrnou jednotkou mnohých polysacharidov. Ostatné monosacharidy vo voľnom stave sú zriedkavé a sú známe najmä ako zložky oligo- a polysacharidov. V prírode sa glukóza získava ako výsledok fotosyntézy: 6CO2 + 6H20® C6H1206 (glukóza) + 602 Prvýkrát glukózu získal v roku 1811 ruský chemik G.E. Kirchhoff počas hydrolýzy škrobu. Neskôr A.M. Butlerov navrhol syntézu monosacharidov z formaldehydu v alkalickom prostredí.
§ 1. KLASIFIKÁCIA A FUNKCIE SACHARIDOV
Už v dávnych dobách sa ľudstvo zoznámilo so sacharidmi a naučilo sa ich využívať v každodennom živote. Bavlna, ľan, drevo, škrob, med, trstinový cukor sú len niektoré zo sacharidov, ktoré zohrali dôležitú úlohu vo vývoji civilizácie. Sacharidy patria medzi najbežnejšie organické zlúčeniny v prírode. Sú neoddeliteľnou súčasťou buniek akéhokoľvek organizmu vrátane baktérií, rastlín a zvierat. V rastlinách tvoria sacharidy 80 - 90% sušiny, u zvierat - asi 2% telesnej hmotnosti. Ich syntézu z oxidu uhličitého a vody vykonávajú zelené rastliny pomocou energie slnečného žiarenia ( fotosyntéza ). Celková stechiometrická rovnica pre tento proces je:
Glukóza a iné jednoduché sacharidy sa potom premenia na zložitejšie sacharidy, ako je škrob a celulóza. Rastliny využívajú tieto uhľohydráty na uvoľnenie energie prostredníctvom procesu dýchania. Tento proces je v podstate opakom procesu fotosyntézy:
Zaujímavé vedieť! Zelené rastliny a baktérie v procese fotosyntézy ročne absorbujú približne 200 miliárd ton oxidu uhličitého z atmosféry. V tomto prípade sa do atmosféry uvoľní asi 130 miliárd ton kyslíka a syntetizuje sa 50 miliárd ton organických zlúčenín uhlíka, najmä sacharidov.
Zvieratá nie sú schopné syntetizovať sacharidy z oxidu uhličitého a vody. Konzumáciou uhľohydrátov s jedlom trávia zvieratá energiu v nich nahromadenú na udržanie životne dôležitých procesov. Naše potraviny majú vysoký obsah uhľohydrátov, ako sú pečivo, zemiaky, obilniny atď.
Názov „sacharidy“ je historický. Prví zástupcovia týchto látok boli popísaní súhrnným vzorcom C m H 2 n O n alebo C m (H 2 O) n. Iný názov pre sacharidy je Sahara - kvôli sladkej chuti najjednoduchších sacharidov. Podľa svojej chemickej štruktúry sú sacharidy komplexnou a rôznorodou skupinou zlúčenín. Medzi nimi sú pomerne jednoduché zlúčeniny s molekulovou hmotnosťou asi 200 a obrovské polyméry, ktorých molekulová hmotnosť dosahuje niekoľko miliónov. Spolu s atómami uhlíka, vodíka a kyslíka môžu uhľohydráty obsahovať atómy fosforu, dusíka, síry a zriedkavo aj iné prvky.
Klasifikácia uhľohydrátov
Všetky známe sacharidy možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín - jednoduché sacharidy a komplexné sacharidy. Samostatnú skupinu tvoria zmesové polyméry obsahujúce sacharidy, napr. glykoproteíny- komplex s molekulou proteínu, glykolipidy - komplex s lipidmi atď.
Jednoduché uhľohydráty (monosacharidy alebo monoózy) sú polyhydroxykarbonylové zlúčeniny, ktoré nie sú schopné tvoriť jednoduchšie molekuly uhľohydrátov pri hydrolýze. Ak monosacharidy obsahujú aldehydovú skupinu, potom patria do triedy aldóz (aldehydové alkoholy), ak ketón - do triedy ketóz (ketoalkoholy). V závislosti od počtu atómov uhlíka v molekule monosacharidu sa rozlišujú triózy (C 3), tetrózy (C 4), pentózy (C 5), hexózy (C 6) atď.
Najbežnejšie v prírode sú pentózy a hexózy.
Komplexné sacharidy ( polysacharidy, alebo obrny) sú polyméry postavené z monosacharidových zvyškov. Hydrolyzujú za vzniku jednoduchých sacharidov. Podľa stupňa polymerizácie sa delia na nízkomolekulárne ( oligosacharidy, ktorého stupeň polymerizácie je spravidla menší ako 10) a makromolekulárne. Oligosacharidy sú sacharidy podobné cukru, ktoré sú rozpustné vo vode a majú sladkú chuť. Podľa schopnosti redukovať ióny kovov (Cu 2+, Ag +) sa delia na regenerujúci a neredukujúce. Polysacharidy, v závislosti od zloženia, možno tiež rozdeliť do dvoch skupín: homopolysacharidy a heteropolysacharidy. Homopolysacharidy sú zostavené z monosacharidových zvyškov rovnakého typu a heteropolysacharidy sú zostavené zo zvyškov rôznych monosacharidov.
To, čo bolo povedané s príkladmi najbežnejších predstaviteľov každej skupiny uhľohydrátov, možno znázorniť ako nasledujúci diagram:
Funkcie uhľohydrátov
Biologické funkcie polysacharidov sú veľmi rôznorodé.
Energetická a skladovacia funkcia
Sacharidy obsahujú hlavné množstvo kalórií, ktoré človek skonzumuje s jedlom. Škrob je hlavným sacharidom v potravinách. Nachádza sa v pekárenských výrobkoch, zemiakoch, ako súčasť obilnín. Ľudská strava obsahuje aj glykogén (v pečeni a mäse), sacharózu (ako prísady do rôznych jedál), fruktózu (v ovocí a mede), laktózu (v mlieku). Polysacharidy, predtým ako ich telo absorbuje, musia byť hydrolyzované tráviacimi enzýmami na monosacharidy. Len v tejto forme sa vstrebávajú do krvi. S prietokom krvi sa monosacharidy dostávajú do orgánov a tkanív, kde sa používajú na syntézu vlastných uhľohydrátov alebo iných látok, alebo sa štiepia, aby sa z nich extrahovala energia.
Energia uvoľnená pri rozklade glukózy sa ukladá vo forme ATP. Existujú dva procesy rozkladu glukózy: anaeróbne (v neprítomnosti kyslíka) a aeróbne (v prítomnosti kyslíka). Kyselina mliečna sa tvorí v dôsledku anaeróbneho procesu
ktorá sa pri ťažkej fyzickej námahe hromadí vo svaloch a spôsobuje bolesť.
V dôsledku aeróbneho procesu sa glukóza oxiduje na oxid uhoľnatý (IV) a vodu:
V dôsledku aeróbneho rozkladu glukózy sa uvoľní oveľa viac energie ako v dôsledku anaeróbneho rozkladu. Všeobecne platí, že oxidáciou 1 g sacharidov sa uvoľní 16,9 kJ energie.
Glukóza môže podliehať alkoholovej fermentácii. Tento proces vykonávajú kvasinky za anaeróbnych podmienok:
Alkoholové kvasenie sa široko používa v priemysle na výrobu vín a etylalkoholu.
Človek sa naučil využívať nielen alkoholové kvasenie, ale našiel aj využitie mliečneho kvasenia, napríklad na získanie mliečnych produktov a nakladanie zeleniny.
U ľudí a zvierat neexistujú žiadne enzýmy schopné hydrolyzovať celulózu, napriek tomu je celulóza hlavnou zložkou potravy mnohých zvierat, najmä prežúvavcov. Žalúdok týchto zvierat obsahuje veľké množstvo baktérií a prvokov, ktoré produkujú enzým celuláza katalyzuje hydrolýzu celulózy na glukózu. Posledne menované môžu podliehať ďalším premenám, v dôsledku ktorých vznikajú kyseliny maslová, octová, propiónová, ktoré sa môžu vstrebávať do krvi prežúvavcov.
Sacharidy plnia aj rezervnú funkciu. Takže škrob, sacharóza, glukóza v rastlinách a glykogén u zvierat sú energetickou rezervou ich buniek.
Štrukturálne, podporné a ochranné funkcie
Celulóza v rastlinách a chitín u bezstavovcov a húb plnia podporné a ochranné funkcie. Polysacharidy tvoria kapsulu v mikroorganizmoch, čím spevňujú membránu. Lipopolysacharidy baktérií a glykoproteíny povrchu živočíšnych buniek zabezpečujú selektivitu medzibunkových interakcií a imunologických reakcií organizmu. Ribóza je stavebným kameňom RNA, zatiaľ čo deoxyribóza je stavebným kameňom DNA.
Vykonáva ochrannú funkciu heparín. Tento sacharid, ktorý je inhibítorom zrážania krvi, zabraňuje tvorbe krvných zrazenín. Nachádza sa v krvi a spojivovom tkanive cicavcov. Bunkové steny baktérií, tvorené polysacharidmi, upevnené krátkymi aminokyselinovými reťazcami, chránia bakteriálne bunky pred nepriaznivými vplyvmi. Sacharidy sa podieľajú u kôrovcov a hmyzu na stavbe vonkajšej kostry, ktorá plní ochrannú funkciu.
Regulačná funkcia
Vláknina zvyšuje črevnú motilitu, čím zlepšuje trávenie.
Zaujímavou možnosťou je využitie sacharidov ako zdroja tekutého paliva – etanolu. Drevo sa odpradávna používalo na vykurovanie domácností a varenie. V modernej spoločnosti sa tento druh paliva nahrádza inými druhmi – ropou a uhlím, ktoré sú lacnejšie a pohodlnejšie na používanie. Rastlinné suroviny sú však aj napriek niektorým nepríjemnostiam pri používaní na rozdiel od ropy a uhlia obnoviteľným zdrojom energie. Ale jeho použitie v spaľovacích motoroch je ťažké. Na tieto účely je vhodnejšie použiť kvapalné palivo alebo plyn. Z nekvalitného dreva, slamy alebo iných rastlinných materiálov obsahujúcich celulózu alebo škrob môžete získať tekuté palivo - etylalkohol. Aby ste to dosiahli, musíte najskôr hydrolyzovať celulózu alebo škrob a získať glukózu:
a potom podrobiť výslednú glukózu alkoholovej fermentácii a získať etylalkohol. Po rafinácii sa môže použiť ako palivo v spaľovacích motoroch. Treba si uvedomiť, že v Brazílii sa na tento účel ročne získavajú miliardy litrov alkoholu z cukrovej trstiny, ciroku a manioku a používajú sa v spaľovacích motoroch.
, podľa pôvodu obsahuje 70-80% cukru.Navyše k sacharidovej skupine priliehajú pre ľudský organizmus zle stráviteľné vlákniny a pektínov.Zo všetkých potravinových látok konzumovaných ľuďmi sú sacharidy nepochybne hlavným zdrojom energie. V priemere tvoria 50 až 70 % denného kalorického príjmu. Napriek tomu, že človek prijíma podstatne viac sacharidov ako tukov a bielkovín, ich zásoby v tele sú malé. To znamená, že ich prísun do tela musí byť pravidelný.
Potreba sacharidov do značnej miery závisí od energetického výdaja organizmu. Priemerná denná potreba uhľohydrátov u dospelého muža, ktorý sa venuje prevažne duševnej alebo ľahkej fyzickej námahe, sa pohybuje od 300 do 500 g, u manuálne pracujúcich a športovcov je oveľa vyššia. Na rozdiel od bielkovín a do určitej miery aj tukov sa dá množstvo sacharidov v diétach výrazne znížiť bez ujmy na zdraví. Na to by si mali dať pozor tí, ktorí chcú schudnúť: sacharidy sú hlavne energetická hodnota. Pri oxidácii 1 g sacharidov v tele sa uvoľní 4,0 - 4,2 kcal. Preto je na ich úkor najjednoduchšie regulovať príjem kalórií.
Sacharidy(sacharidy) je všeobecný názov pre veľkú triedu prirodzene sa vyskytujúcich organických zlúčenín. Všeobecný vzorec monosacharidov možno zapísať ako Cn(H20)n. V živých organizmoch sa najčastejšie vyskytujú cukry s 5 (pentózy) a 6 (hexózy) atómami uhlíka.
Sacharidy sú rozdelené do skupín:
Jednoduché sacharidy sú ľahko rozpustné vo vode a syntetizujú sa v zelených rastlinách. Okrem malých molekúl sa v bunke nachádzajú aj veľké, sú to polyméry. Polyméry sú zložité molekuly, ktoré sa skladajú zo samostatných „jednotiek“ navzájom prepojených. Takéto "spojky" sa nazývajú monoméry. Látky ako škrob, celulóza a chitín sú polysacharidy – biologické polyméry.Monosacharidy zahŕňajú glukózu a fruktózu, ktoré dodávajú ovociu a bobuľovitá sladkosť. Potravinársky cukor sacharóza pozostáva z kovalentne naviazanej glukózy a fruktózy. Zlúčeniny podobné sacharóze sa nazývajú disacharidy. Poly-, di- a monosacharidy sú súhrnne označované ako sacharidy. Sacharidy sú zlúčeniny, ktoré majú rôznorodé a často úplne odlišné vlastnosti.
Tabuľka: Rozmanitosť uhľohydrátov a ich vlastnosti.
skupina sacharidov | Príklady sacharidov | Kde sa stretávajú | vlastnosti |
monocukor | ribóza | RNA | |
deoxyribóza | DNA |
||
glukózy | repný cukor |
||
fruktóza | Ovocie, med |
||
galaktóza | Zloženie mliečnej laktózy |
||
oligosacharidy | maltóza | sladový cukor | Sladká chuť, rozpustná vo vode, kryštalická, |
sacharóza | Trstinový cukor |
||
Laktóza | Mliečny cukor v mlieku |
||
Polysacharidy (vytvorené z lineárnych alebo rozvetvených monosacharidov) | škrob |
Skladovanie uhľohydrátov v zelenine | Nie je sladký, biely, nerozpustný vo vode. |
glykogén | Rezervný živočíšny škrob v pečeni a svaloch |
||
Vláknina (celulóza) | |||
chitín | |||
murein | voda . Pre mnohé ľudské bunky (napríklad mozgové a svalové bunky) slúži ako hlavný zdroj energie glukóza prinesená krvou.Škrob a veľmi podobná látka živočíšnych buniek - glykogén - sú polyméry glukózy, slúžia na jej uloženie vo vnútri bunka.
2. štrukturálna funkcia, to znamená, že sa podieľajú na stavbe rôznych bunkových štruktúr. Polysacharid celulóza tvorí bunkové steny rastlinných buniek, vyznačuje sa tvrdosťou a tuhosťou, je jednou z hlavných zložiek dreva. Ďalšími zložkami sú hemicelulóza, tiež patriaca medzi polysacharidy a lignín (má nesacharidovú povahu). Chitin plní aj štrukturálne funkcie. Chitín plní podporné a ochranné funkcie Bunkové steny väčšiny baktérií pozostávajú z mureínový peptidoglykán- zloženie tejto zlúčeniny zahŕňa zvyšky monosacharidov aj aminokyselín. 3. Sacharidy zohrávajú ochrannú úlohu v rastlinách (bunkové steny, pozostávajúce z bunkových stien odumretých buniek, ochranné útvary – klasy, tŕne a pod.). Všeobecný vzorec glukózy je C 6 H 12 O 6, ide o aldehydový alkohol. Glukóza sa nachádza v mnohých ovocí, rastlinných šťavách a kvetinovom nektáre, ako aj v krvi ľudí a zvierat. Obsah glukózy v krvi sa udržiava na určitej úrovni (0,65-1,1 g na l). Ak sa umelo zníži, mozgové bunky začnú akútne hladovať, čo môže mať za následok mdloby, kómu a dokonca smrť. Dlhodobé zvýšenie hladiny glukózy v krvi tiež nie je vôbec užitočné: súčasne sa vyvíja diabetes mellitus. Cicavce, vrátane ľudí, dokážu syntetizovať glukózu z určitých aminokyselín a produktov rozkladu samotnej glukózy, ako je kyselina mliečna. Nevedia, ako získať glukózu z mastných kyselín, na rozdiel od rastlín a mikróbov. Vzájomné premeny látok. Nadbytok bielkovín ------sacharidov Prebytočný tuk--------------- sacharidy
|
Všeobecná charakteristika, štruktúra a vlastnosti sacharidov.
Sacharidy - Ide o viacsýtne alkoholy, ktoré obsahujú okrem alkoholových skupín aj aldehydovú alebo ketoskupinu.
V závislosti od typu skupiny v zložení molekuly sa rozlišujú aldózy a ketózy.
Sacharidy sú v prírode veľmi rozšírené najmä v rastlinnom svete, kde tvoria 70 – 80 % sušiny hmoty buniek. V tele zvierat tvoria len asi 2 % telesnej hmotnosti, no tu je ich úloha nemenej dôležitá.
Sacharidy sa môžu skladovať ako škrob v rastlinách a glykogén u zvierat a ľudí. Tieto rezervy sa využívajú podľa potreby. V ľudskom tele sa sacharidy ukladajú najmä v pečeni a svaloch, ktoré sú jeho depom.
Spomedzi ostatných zložiek organizmu vyšších živočíchov a ľudí tvoria sacharidy 0,5 % telesnej hmotnosti. Sacharidy však majú pre telo veľký význam. Tieto látky spolu s bielkovinami vo forme proteoglykány základom spojivového tkaniva. Proteíny obsahujúce sacharidy (glykoproteíny a mukoproteíny) sú integrálnou súčasťou telesného hlienu (ochranné, obalové funkcie), plazmatických transportných proteínov a imunologicky aktívnych zlúčenín (skupinovo špecifické krvné substancie). Časť sacharidov pôsobí ako „rezervné palivo“ pre energetické organizmy.
Funkcie uhľohydrátov:
energie - Sacharidy sú jedným z hlavných zdrojov energie pre telo, ktoré zabezpečujú minimálne 60 % nákladov na energiu. Pre činnosť mozgu, krviniek, drene obličiek je takmer všetka energia dodávaná oxidáciou glukózy. Pri úplnom rozklade 1 g sacharidov, 4,1 kcal/mol(17,15 kJ/mol) energie.
Plastové Sacharidy alebo ich deriváty sa nachádzajú vo všetkých bunkách tela. Sú súčasťou biologických membrán a organel buniek, podieľajú sa na tvorbe enzýmov, nukleoproteínov atď. Uhľohydráty v rastlinách slúžia najmä ako nosný materiál.
Ochranný - viskózne sekréty (hlieny) vylučované rôznymi žľazami sú bohaté na sacharidy alebo ich deriváty (mukopolysacharidy a pod.). Chránia vnútorné steny dutých orgánov gastrointestinálneho traktu, dýchacie cesty pred mechanickými a chemickými vplyvmi, prenikaním patogénnych mikróbov.
Regulačné - ľudská strava obsahuje značné množstvo vlákniny, ktorej hrubá štruktúra spôsobuje mechanické dráždenie sliznice žalúdka a čriev, čím sa podieľa na regulácii aktu peristaltiky.
špecifické - jednotlivé sacharidy plnia v organizme špeciálne funkcie: podieľajú sa na vedení nervových vzruchov, tvorbe protilátok, zabezpečujú špecifickosť krvných skupín atď.
Funkčný význam sacharidov určuje potrebu poskytnúť telu tieto živiny. Denná potreba sacharidov pre človeka je v priemere 400 - 450 g s prihliadnutím na vek, druh práce, pohlavie a niektoré ďalšie faktory.
elementárne zloženie. Sacharidy sa skladajú z nasledujúcich chemických prvkov: uhlík, vodík a kyslík. Väčšina sacharidov má všeobecný vzorec C n (H 2 O ) n. Sacharidy sú zlúčeniny zložené z uhlíka a vody, z čoho vychádza aj ich názov. Medzi sacharidmi sú však látky, ktoré nezodpovedajú vyššie uvedenému vzorcu, napríklad ramnóza C 6 H 12 O 5 atď. Zároveň sú známe látky, ktorých zloženie zodpovedá všeobecnému vzorcu uhľohydrátov, ale sú vlastnosti k nim nepatria (kyselina octová C 2 H 12 O 2). Preto je názov "sacharidy" skôr svojvoľný a nie vždy zodpovedá chemickej štruktúre týchto látok.
Sacharidy- Ide o organické látky, ktorými sú aldehydy alebo ketóny viacmocných alkoholov.
Monosacharidy
Monosacharidy - Sú to viacsýtne alifatické alkoholy, ktoré obsahujú vo svojom zložení aldehydovú skupinu (aldózy) alebo ketoskupinu (ketózy).
Monosacharidy sú pevné, kryštalické látky, rozpustné vo vode a sladkej chuti. Za určitých podmienok sa ľahko oxidujú, v dôsledku čoho sa aldehydalkoholy premenia na kyseliny, v dôsledku čoho sa aldehydalkoholy premenia na kyseliny a pri redukcii na zodpovedajúce alkoholy.
Chemické vlastnosti monosacharidov :
Oxidácia na mono-, dikarboxylové a glukurónové kyseliny;
Obnova na alkoholy;
tvorba esterov;
Tvorba glykozidov;
Fermentácia: alkohol, kyselina mliečna, kyselina citrónová a maslová.
Monosacharidy, ktoré sa nedajú hydrolyzovať na jednoduchšie cukry. Typ monosacharidu závisí od dĺžky uhľovodíkového reťazca. Podľa počtu atómov uhlíka sa delia na triózy, tetrózy, pentózy, hexózy.
triózy: glyceraldehyd a dihydroxyacetón, sú medziprodukty rozkladu glukózy a podieľajú sa na syntéze tukov. obe triózy možno získať z glycerolu jeho dehydrogenáciou alebo hydrogenáciou.
tetrózy: erytróza - aktívne sa podieľa na metabolických procesoch.
Pentózy: ribóza a deoxyribóza sú zložky nukleových kyselín, ribulóza a xylulóza sú medziprodukty oxidácie glukózy.
Hexózy: sú najviac zastúpené v živočíšnom a rastlinnom svete a zohrávajú dôležitú úlohu v metabolických procesoch. Patria sem glukóza, galaktóza, fruktóza atď.
Glukóza (hroznový cukor) . Je to hlavný sacharid v rastlinách a zvieratách. Dôležitá úloha glukózy sa vysvetľuje tým, že je hlavným zdrojom energie, tvorí základ mnohých oligo- a polysacharidov a podieľa sa na udržiavaní osmotického tlaku. Transport glukózy do buniek je v mnohých tkanivách regulovaný pankreatickým hormónom inzulínom. V bunke sa v priebehu viacstupňových chemických reakcií glukóza premieňa na iné látky (medziprodukty vznikajúce pri rozklade glukózy sa využívajú na syntézu aminokyselín a tukov), ktoré sa v konečnom dôsledku oxidujú na oxid uhličitý a vodu. pričom sa uvoľňuje energia, ktorú telo používa na zabezpečenie života. Hladina glukózy v krvi sa zvyčajne posudzuje podľa stavu metabolizmu uhľohydrátov v tele. Pri znížení hladiny glukózy v krvi alebo jej vysokej koncentrácii a nemožnosti jej použitia, ako je to pri cukrovke, dochádza k ospalosti, môže dôjsť k strate vedomia (hypoglykemická kóma). Rýchlosť vstupu glukózy do tkanív mozgu a pečene nezávisí od inzulínu a je určená iba jeho koncentráciou v krvi. Tieto tkanivá sa nazývajú inzulín-nezávislé. Bez prítomnosti inzulínu sa glukóza nedostane do bunky a nepoužije sa ako palivo..
galaktóza. Priestorový izomér glukózy, charakterizovaný umiestnením OH skupiny na štvrtom atóme uhlíka. Je súčasťou laktózy, niektorých polysacharidov a glykolipidov. Galaktóza sa môže izomerizovať na glukózu (v pečeni, mliečnej žľaze).
Fruktóza (ovocný cukor). Vo veľkom množstve sa nachádza v rastlinách, najmä v ovocí. Veľa v ovocí, cukrovej repe, mede. Ľahko sa izomerizuje na glukózu. Dráha štiepenia fruktózy je kratšia a energeticky výhodnejšia ako v prípade glukózy. Na rozdiel od glukózy dokáže preniknúť z krvi do tkanivových buniek bez účasti inzulínu. Z tohto dôvodu sa fruktóza odporúča ako najbezpečnejší zdroj sacharidov pre diabetikov. Časť fruktózy sa dostane do pečeňových buniek, ktoré ju premenia na všestrannejšie „palivo“ – glukózu, takže fruktóza je tiež schopná zvýšiť hladinu cukru v krvi, aj keď v oveľa menšej miere ako ostatné jednoduché cukry.
Podľa chemickej štruktúry sú glukóza a galaktóza aldehydové alkoholy, fruktóza je ketoalkohol. Rozdiely v štruktúre glukózy a fruktózy charakterizujú tak rozdiely, ako aj niektoré ich vlastnosti. Glukóza obnovuje kovy z ich oxidov, fruktóza túto vlastnosť nemá. Fruktóza sa z čreva vstrebáva približne 2-krát pomalšie v porovnaní s glukózou.
Keď je šiesty atóm uhlíka v molekule hexózy oxidovaný, hexurónové (urónové) kyseliny : z glukózy - glukurónová, z galaktózy - galakturónsky.
Kyselina glukurónová aktívne sa podieľa na metabolických procesoch v organizme, napr. pri neutralizácii toxických produktov, je súčasťou mukopolysacharidov a pod. Jeho funkciou je, že sa spája v orgáne s látkami, ktoré sú zle rozpustné vo vode. V dôsledku toho sa spojivo stáva rozpustným vo vode a vylučuje sa močom. Tento spôsob vylučovania je dôležitý najmä pre vodu rozpustné steroidné hormóny, produkty ich degradácie a aj na izoláciu produktov rozkladu liečivých látok. Bez interakcie s kyselinou glukurónovou je narušený ďalší rozklad a vylučovanie žlčových pigmentov z tela.
Monosacharidy môžu mať aminoskupinu .
Pri nahradení molekuly hexózy OH skupiny druhého atómu uhlíka aminoskupinou vznikajú aminocukry - hexozamíny: glukózamín sa syntetizuje z glukózy, galaktózamín sa syntetizuje z galaktózy, ktoré sú súčasťou bunkových membrán a slizníc polysacharidy vo voľnej forme aj v kombinácii s kyselinou octovou.
Aminocukry nazývané monosacharidy, ktorémiesto OH skupiny nesie aminoskupinu (- NH2).
Aminocukry sú najdôležitejšou zložkou glykozaminoglykány.
Monosacharidy tvoria estery . OH skupina molekuly monosacharidu; ako každý alkohol skupiny, môže interagovať s kys. V medziprodukte výmenaveľký význam majú estery cukrov. Umožniťaby sa mohol metabolizovať, cukor sa musí staťéter fosforečný. V tomto prípade sú koncové uhlíkové atómy fosforylované. Pre hexózy sú to C-1 a C-6, pre pentózy C-1 a C-5 atď. BolesťViac ako dve OH skupiny nepodliehajú fosforylácii. Preto hlavnú úlohu zohrávajú mono- a difosfáty cukrov. V mene ester fosforu zvyčajne označuje polohu esterovej väzby.
Oligosacharidy
Oligosacharidy mať dve alebo viac monosacharid. Nachádzajú sa v bunkách a biologických tekutinách, ako vo voľnej forme, tak aj v kombinácii s proteínmi. Disacharidy majú pre telo veľký význam: sacharóza, maltóza, laktóza atď. Tieto sacharidy plnia energetickú funkciu. Predpokladá sa, že ako súčasť buniek sa podieľajú na procese „rozpoznania“ buniek.
sacharóza(repný alebo trstinový cukor). Pozostáva z molekúl glukózy a fruktózy. Ona je je rastlinný produkt a najdôležitejšia zložka výživné jedlo, má najsladšiu chuť v porovnaní s inými disacharidmi a glukózou.
Obsah sacharózy v cukre je 95%. Cukor sa v gastrointestinálnom trakte rýchlo rozkladá, glukóza a fruktóza sa vstrebávajú do krvi a slúžia ako zdroj energie a najdôležitejší prekurzor glykogénu a tukov. Často sa označuje ako „nosič prázdnych kalórií“, pretože cukor je čistý sacharid a neobsahuje iné živiny, ako sú napríklad vitamíny, minerálne soli.
Laktóza(mliečny cukor) pozostáva z glukózy a galaktózy, syntetizovaných v mliečnych žľazách počas laktácie. V gastrointestinálnom trakte sa rozkladá pôsobením enzýmu laktáza. Nedostatok tohto enzýmu u niektorých ľudí vedie k intolerancii mlieka. Nedostatok tohto enzýmu sa pozoruje u približne 40 % dospelej populácie. Nestrávená laktóza slúži ako dobrá živina pre črevnú mikroflóru. Súčasne je možná bohatá tvorba plynu, žalúdok "napučiava". Vo fermentovaných mliečnych výrobkoch je väčšina laktózy fermentovaná na kyselinu mliečnu, takže ľudia s nedostatkom laktázy môžu fermentované mliečne výrobky tolerovať bez nepríjemných následkov. Okrem toho baktérie mliečneho kvasenia vo fermentovaných mliečnych výrobkoch inhibujú aktivitu črevnej mikroflóry a znižujú nepriaznivé účinky laktózy.
maltóza pozostáva z dvoch molekuly glukózy a je hlavnou štruktúrnou zložkou škrobu a glykogénu.
Polysacharidy
Polysacharidy - uhľohydráty s vysokou molekulovou hmotnosťou, zložený z veľkého počtu monosacharidov. Majú hydrofilné vlastnosti a po rozpustení vo vode tvoria koloidné roztoky.
Polysacharidy sa delia na homo- a gete roposacharidy.
Homopolysacharidy. Obsahuje monosacharidy len jeden druh. Gak, škrob a glykogénový pôst roje len z molekúl glukózy, inulín – fruktóza. Homopolysacharidy sú vysoko rozvetvené štruktúrou a sú zmesou dvoch polyméry - amylóza a amylopektín. Amylóza pozostáva zo 60-300 spojených glukózových zvyškov reťazec cez kyslíkový mostík, vytvorený medzi prvým atómom uhlíka jednej molekuly a štvrtým atómom uhlíka inej molekuly (väzba 1,4).
amylóza rozpustný v horúcej vode a s jódom má modrú farbu.
amylopektín - rozvetvený polymér pozostávajúci z priamych reťazcov (väzba 1,4) aj z rozvetvených reťazcov, ktoré vznikajú vďaka väzbám medzi prvým atómom uhlíka jednej molekuly glukózy a šiestym atómom uhlíka druhej molekuly pomocou kyslíkového mostíka (väzba 1,6).
Zástupcovia homopolysacharidov sú škrob, vláknina a glykogén.
škrob(rastlinný polysacharid)- pozostáva z niekoľkých tisícok glukózových zvyškov, z ktorých 10 – 20 % predstavuje amylóza a 80 – 90 % amylopektín. Škrob je nerozpustný v studenej vode, ale v horúcej vode tvorí koloidný roztok, bežne nazývaný škrobová pasta. Škrob tvorí až 80 % sacharidov skonzumovaných s jedlom. Zdrojom škrobu sú rastlinné produkty, najmä obilniny: obilniny, múka, chlieb a zemiaky. Najviac škrobu obsahujú obilniny (od 60% v pohánke (jadro) a až 70% v ryži).
Celulóza alebo celulóza,- najbežnejší rastlinný uhľohydrát na Zemi, tvorený v množstve približne 50 kg na obyvateľa Zeme. Celulóza je lineárny polysacharid pozostávajúci z 1000 alebo viacerých glukózových zvyškov. V tele sa vláknina podieľa na aktivácii hybnosti žalúdka a čriev, stimuluje vylučovanie tráviacich štiav, navodzuje pocit sýtosti.
Glykogén(živočíšny škrob) je hlavným zásobným sacharidom ľudského tela Pozostáva z približne 30 000 zvyškov glukózy, ktoré tvoria rozvetvenú štruktúru. V najvýznamnejšom množstve sa glykogén hromadí v pečeni a svalovom tkanive, vrátane srdcového svalu. Funkciou svalového glykogénu je, že je ľahko dostupným zdrojom glukózy využívanej pri energetických procesoch v samotnom svale. Pečeňový glykogén sa používa na udržanie fyziologických koncentrácií glukózy v krvi, predovšetkým medzi jedlami. Po 12-18 hodinách po jedle je zásoba glykogénu v pečeni takmer úplne vyčerpaná. Obsah svalového glykogénu výrazne klesá až po dlhšej a namáhavej fyzickej práci. Pri nedostatku glukózy sa rýchlo rozkladá a obnovuje svoju normálnu hladinu v krvi. V bunkách je glykogén spojený s cytoplazmatickým proteínom a čiastočne s intracelulárnymi membránami.
Heteropolysacharidy (glykozaminoglykány alebo mukopolysacharidy) (predpona "muco-" označuje, že boli prvýkrát získané z mucínu). Pozostávajú z rôznych druhov monosacharidov (glukóza, galaktóza) a ich derivátov (aminocukry, kyseliny hexurónové). V ich zložení sa našli aj ďalšie látky: dusíkaté zásady, organické kyseliny a niektoré ďalšie.
Glykozaminoglykány sú rôsolovité, lepkavé látky. Vykonávajú rôzne funkcie, vrátane štrukturálnych, ochranných, regulačných atď. Glykozaminoglykány napríklad tvoria väčšinu medzibunkovej hmoty tkanív, sú súčasťou kože, chrupavky, synoviálnej tekutiny a sklovca oka. V tele sa nachádzajú v kombinácii s bielkovinami (proteoglykány a glykoproteíny) a tukmi (glykolipidy), v ktorých väčšinu molekuly tvoria polysacharidy (až 90 % alebo viac). Pre telo sú dôležité nasledujúce.
Kyselina hyalurónová- hlavná časť medzibunkovej hmoty, akýsi "biologický cement", ktorý spája bunky, vypĺňa celý medzibunkový priestor. Pôsobí aj ako biologický filter, ktorý zachytáva mikróby a zabraňuje ich prenikaniu do bunky a podieľa sa na výmene vody v tele.
Je potrebné poznamenať, že kyselina hyalurónová sa rozkladá pôsobením špecifického enzýmu hyaluronidázy. V tomto prípade je narušená štruktúra medzibunkovej látky, v jej zložení sa vytvárajú „trhliny“, čo vedie k zvýšeniu jej priepustnosti pre vodu a iné látky. To je dôležité v procese oplodnenia vajíčka spermiami, ktoré sú bohaté na tento enzým. Niektoré baktérie obsahujú aj hyaluronidázu, ktorá výrazne uľahčuje ich prienik do bunky.
X ondroitín sulfáty- chondroitín sírové kyseliny, slúžia ako štrukturálne zložky chrupaviek, väziva, srdcových chlopní, pupočnej šnúry atď. Prispievajú k ukladaniu vápnika v kostiach.
heparín sa tvorí v žírnych bunkách, ktoré sa nachádzajú v pľúcach, pečeni a iných orgánoch a uvoľňuje sa nimi do krvi a medzibunkového prostredia. V krvi sa viaže na bielkoviny a zabraňuje zrážaniu krvi, pôsobí ako antikoagulant. Okrem toho má heparín protizápalový účinok, ovplyvňuje výmenu draslíka a sodíka a plní antihypoxickú funkciu.
Špeciálnu skupinu glykozaminoglykánov tvoria zlúčeniny obsahujúce neuramínové kyseliny a deriváty sacharidov. Zlúčeniny kyseliny neuramínovej s kyselinou octovou sa nazývajú opálové kyseliny. Nachádzajú sa v bunkových membránach, slinách a iných biologických tekutinách.
Sacharidy
Pokiaľ ide o organické látky, nemožno si nevšimnúť dôležitosť uhlíka pre život. Uhlík, ktorý vstupuje do chemických reakcií, vytvára silné kovalentné väzby, ktoré socializujú štyri elektróny. Atómy uhlíka, ktoré sa navzájom spájajú, sú schopné vytvárať stabilné reťazce a kruhy, ktoré slúžia ako kostry makromolekúl. Uhlík môže tiež vytvárať viacnásobné kovalentné väzby s inými atómami uhlíka, ako aj s dusíkom a kyslíkom. Všetky tieto vlastnosti poskytujú jedinečnú škálu organických molekúl.
Makromolekuly, ktoré tvoria asi 90 % hmotnosti dehydratovanej bunky, sa syntetizujú z jednoduchších molekúl nazývaných monoméry. Existujú tri hlavné typy makromolekúl: polysacharidy, proteíny a nukleové kyseliny; monoméry pre ne sú monosacharidy, aminokyseliny a nukleotidy.
Sacharidy sú látky so všeobecným vzorcom C x (H 2 O) y, kde x a y sú prirodzené čísla. Názov "sacharidy" naznačuje, že v ich molekulách je vodík a kyslík v rovnakom pomere ako vo vode.
Živočíšne bunky obsahujú malé množstvo sacharidov a rastlinné bunky obsahujú takmer 70% celkového množstva organickej hmoty.
Monosacharidy zohrávajú úlohu medziproduktov v procesoch dýchania a fotosyntézy, podieľajú sa na syntéze nukleových kyselín, koenzýmov, ATP a polysacharidov a uvoľňujú sa pri oxidácii pri dýchaní. Deriváty monosacharidov - cukrové alkoholy, cukrové kyseliny, deoxycukry a aminocukry - sú dôležité v procese dýchania a využívajú sa aj pri syntéze lipidov, DNA a iných makromolekúl.
Disacharidy vznikajú kondenzačnou reakciou medzi dvoma monosacharidmi. Niekedy sa používajú ako rezervné živiny. Najbežnejšie z nich sú maltóza (glukóza + glukóza), laktóza (glukóza + galaktóza) a sacharóza (glukóza + fruktóza). nachádza iba v mlieku. (trstinový cukor) najviac zastúpený v rastlinách; je to ten istý „cukor“, ktorý bežne jeme.
Celulóza je tiež polymérom glukózy. Obsahuje asi 50% uhlíka obsiahnutého v rastlinách. Z hľadiska celkovej hmotnosti na Zemi je celulóza na prvom mieste medzi organickými zlúčeninami. Tvar molekuly (dlhé reťazce s vyčnievajúcimi –OH skupinami) poskytuje pevnú väzbu medzi susednými reťazcami. Pri všetkej svojej sile makrofibrily pozostávajúce z takýchto reťazcov ľahko prechádzajú vodou a látkami v nej rozpustenými, a preto slúžia ako ideálny stavebný materiál pre steny rastlinných buniek. Celulóza je cenným zdrojom glukózy, ale jej rozklad vyžaduje enzým celuláza, ktorý je v prírode pomerne vzácny. Preto len niektoré zvieratá (napríklad prežúvavce) jedia celulózu. Veľká je aj priemyselná hodnota celulózy – z tejto látky sa vyrábajú bavlnené tkaniny a papier.
