3 Pagrindinės angliavandenių klasifikacijos ir jo reikšmės

Kai kurios pagrindinės grupės, kuriose angliavandeniai yra suskirstyti į chemines struktūras ir funkcijas, yra tokie:

Angliavandeniai arba sacharidai yra paprasčiausiai apibrėžti kaip polihidroksi-aldehidai arba ketonai ir jų dariniai.

Šios grupės organiniai junginiai yra vadinami, nes jie susideda iš anglies vandenilio ir deguonies, du paskutiniai - santykiu 2: 1.

Angliavandeniai yra plačiai paplitę ir gyvūnų, ir augalų audiniuose. Gyvūnų ląstelėse jie atsiranda daugiausia gliukozės ir glikogeno pavidalu, o augaluose jų pagrindiniai atstovai yra celiuliozė ir krakmolas.

Klasifikacija:

Angliavandeniai skirstomi į tris pagrindines grupes:

(I) monosacharidai,

(II) Disacharidai ir

(III) Polisacharidai.

I. Monosacharidai (paprastieji cukrūs):

Monosacharidai yra tie cukrūs, kurie negali būti hidrolizuojami į paprastesnę formą. Jie turi empirinę formulę (CH2O) n. Paprasčiausiai monosacharido yra trys anglies triozės gliceraldehidas ir dihidroksiacetonas.

Priklausomai nuo jų turimų anglies atomų skaičiaus, paprastieji cukrūs gali būti skirstomi į skirtingas klases, pvz., Triozes, tetrozes, pentozes, heksozes arba heptozes; ir kaip aldozės arba ketozės, pagrįstos tuo, ar yra aldehido ar ketono grupės. Pavyzdžiai:

Kiekvienoje kategorijoje cukrus dar labiau skiriasi pagal kairę arba dešinę H ir OH grupių išsidėstymą aplink anglies atomą, esantį prie galinės pirminės alkoholio anglies {pvz., Anglies 5 gliukozėje). Kai OH grupė šioje anglies dalyje yra dešinėje, cukrus yra D (Dextrorotatory) serijos narys; kai jis yra kairėje, jis yra L („Laevorotatory“) serijos narys.

Dauguma žinduolių metabolizme esančių monosacharidų yra D konfigūracijos. Junginiai, turintys tą pačią struktūrinę formulę, tačiau skirtingi atomų konfigūracijoje, yra žinomi kaip stereoizomerai.

Fiziologinės reikšmės monosacharidai:

A. Trioses:

Jie susidaro organizme per metabolinius hexose. Pavyzdžiai yra gliceraldehidas ir dihidroksiacetonas.

B. Pentoses:

Jie yra svarbios nukleino rūgščių ir daugelio koenzimų sudedamosios dalys. Jie taip pat susidaro kaip tarpiniai produktai tam tikruose medžiagų apykaitos procesuose. Pavyzdžiai yra ribozė, kuri yra struktūrinis ATP elementas, nukleino rūgštys ir koenzimai NAD, NADP ir flavo baltymai; Ribulozė; Arabinozė ir ksilozė.

C. Heksozės:

Jie yra fiziologiškai svarbiausi iš monosacharidų, pvz., Gliukozės, fruktozės, galaktozės ir manozės.

i) Gliukozė:

Paprastai jis randamas vaisių sultyse ir susidaro organizme hidrolizuojant krakmolą, cukranendrių cukrų, maltozę ir laktozę. Gliukozė yra kūno „cukrus“. Gliukozės struktūra gali būti pavaizduota kaip grandinės ar žiedo formos (-piranozės-šešiakampio struktūra su penkiais angliavandeniliais ir vienu deguonimi; furanozė turi penkiakampę struktūrą su keturiais angliavandeniais ir vienu deguonimi).

(ii) Fruktozė:

Jis natūraliai atsiranda vaisių sultyse ir meduje. Cukranendrių cukraus hidrolizė organizme taip pat suteikia fruktozės.

iii) Galaktozė:

Glikolipidų ir glikoproteinų sudedamoji dalis yra sintetinama pieno liaukose ir hidrolizuojama pieno laktozės gamybai.

iv) manozė:

Jis gaunamas hidrolizuojant augalų mannozanus ir dantenas. Manozė yra albuminų, globulinų ir mukoproteinų protezinio polisacharido sudedamoji dalis.

Pentozės ir heksozės egzistuoja tiek atvirose, tiek žiedinėse formose.

Išvestiniai monosacharidai:

Monosacharidai yra įvairiai modifikuojami, kad susidarytų keletas skirtingų medžiagų. Svarbios išvestinės priemonės yra:

i) Deoksinis cukrus:

Ribozės dezoksigenacija gamina dezoksiribozę. Pastarasis yra DNR randamas deoksiribotidų komponentas.

ii) Amino cukrus:

Monosacharidai turi amino grupę (NH2). Gliukozaminas sudaro chitiną, grybelių celiuliozę, hialurono rūgštį ir chondriotino sulfatą. Galaktosaminas taip pat yra chondriotino sulfato komponentas.

iii) cukraus rūgštis:

Askorbo rūgštis yra cukraus rūgštis. Gliukurono rūgštis ir galakturono rūgštis atsiranda mukopolizachariduose.

iv) Cukraus alkoholis:

Glicerolis dalyvauja lipidų sintezėje; Manitolis yra laikomas alkoholis kai kuriuose vaisiuose ir rudose dumblėse.

II. Disacharidai:

Disacharidai susideda iš dviejų monosacharidų, sujungtų glikozidiniu ryšiu (COC). Jų bendra formulė yra C _n (H ₂ O) _n-1 Dažniausiai disacharidai yra maltozė, laktozė ir sacharozė.

i) maltozė:

Jis susidaro kaip amilazių poveikio krakmolui tarpinis produktas ir yra dvi D-gliukozės liekanos 1, 4 jungtyje. Jis randamas nustatytu kiekiu daugelyje sėklų ir audinių, kuriuose yra krakmolo.

ii) Laktozė:

Jis randamas piene, bet kitaip gamtoje nėra. Hidrolizės metu gaunama D-galaktozė ir D-gliukozė. Kadangi gliukozės liekanoje yra laisvos anomerinės anglies, laktozė yra redukcinis disacharidas.

iii) Sacharozė arba cukranendrių cukrus yra gliukozės ir fruktozės disacharidas. Sacharozės hidrolizė į D-gliukozę ir D-fruktozę dažnai vadinama inversija, nes kartu su gryno gliukozės ir fruktozės mišiniu susidaro grynasis optinio sukimosi pokytis nuo dextro iki levo (šis mišinys dažnai vadinamas invertuotu cukrumi) . Šią reakciją katalizuoja fermentai, vadinami invertais. Sacharozė augalų pasaulyje yra labai gausu ir gerai žinoma kaip stalo cukrus.

iv) Trehalozė:

Jame yra dvi D-gliukozės liekanos ir yra nesumažinantis disacharidas kaip sacharozė. Tai yra pagrindinis cukrus, rastas daugelio vabzdžių haernolimfoje.

III. Trisacharidai:

Gamtoje atsiranda nemažai trisacharidų. Raffinose gausu cukrinių runkelių ir daugelio kitų aukštesnių augalų. Melezitozė randama kai kurių spygliuočių medžių sultyse.

IV. Polisacharidai:

Dauguma gamtoje randamų angliavandenių yra didelio molekulinio svorio polisacharidai. Jie yra kompleksiniai angliavandeniai, kurie susidaro polimerizuojant daug monosacharidų monomerų. Polisacharidai taip pat vadinami glikanais.

Jie yra ilgos grandinės, kurios gali būti šakotos arba nešakuotos. Visiškai hidrolizuojant rūgštimi arba specifiniais fermentais, šie polisacharidai duoda monosacharidus ir (arba) paprastus monosacharido darinius. Priklausomai nuo kompozicijos, polisacharidai yra dviejų tipų: homopolizacharidai ir heteropolisacharidai.

i) Homopolizacharidai arba homoglikanai yra tie kompleksiniai angliavandeniai, kurie susidaro tik vieno tipo monosacharido monomerų polimerizacijos būdu. Pavyzdžiui, krakmolas, glikogenas ir celiuliozė susideda iš vieno tipo monosacharido, vadinamo gliukoze.

Priklausomai nuo dalyvaujančio monosacharido vieneto, polisacharidas vadinamas gliukanu (pagamintas iš gliukozės), fruktu (pagamintas iš fruktozės), ksilanu (turinčiu ksilozę), arabanu (pagamintu iš arabinozės), galaktanu (pagamintu iš galaktozės) ir kt.

(ii) Heterpolisacharidai arba heteroglikanai yra tie kompleksiniai angliavandeniai, kurie gaunami kondensuojant monosacharido darinius arba daugiau kaip vieną monosacharido monomero tipą, pvz., chitiną, agarą, peptidoglikaną, arabanogalaktanus, arabanoksilanus ir kt.

Priklausomai nuo jų biologinės funkcijos, polisacharidai yra trijų pagrindinių rūšių - sandėliavimo, struktūrinių ir mukopolizacinių.

A. Sandėliavimo polisacharidai:

Šie polisacharidai tarnauja kaip atsarginis maistas. Krakmolas, labiausiai gausus augaluose ir glikogenas gyvūnuose, paprastai kaupiasi didelių granulių pavidalu ląstelių citoplazmoje.

1. Krakmolas:

Krakmolas (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x yra svarbiausias angliavandenių maistas ir randamas grūduose, bulvėse, ankštiniuose augaluose ir kitose daržovėse. Natūralus krakmolas netirpsta vandenyje ir suteikia jodo tirpalui mėlyną spalvą. Tai poliglukano homosacharidas. Krakmolas susideda iš dviejų komponentų: amilozės ir amilopektino.

a) Amilozė (15-20%):

Tai nešakojanti, spiralinė struktūra, susidedanti iš gliukozės liekanų ∞-l, 4 jungtyje.

b) amilopektinas (80–85%):

Jį sudaro labai šakotos grandinės, turinčios 24-30 gliukozės likučių. Gliukozės likučius jungia ∞ (1—> 4) glikozidinė grandinė ir ∞ (1—> 16) jungtis šakų taškuose.

2. Glikogenas:

Tai yra pagrindinis gyvūnų ląstelių saugojimo polisacharidas, augalų ląstelių krakmolo ekvivalentas. Glikogenas yra ypač gausus kepenyse, kur jis gali pasiekti iki 10% drėgmės. Kaip ir amil-pektinas, glikogenas yra D-gliukozės polisacharidas ∞ (1—> 4) jungtyje. Tačiau jis yra labiau šakotas; šakos atsiranda maždaug kas 8–12 gliukozės likučių.

Filialai yra β (l -> 6). Tiesi dalis yra spiraliai susukta su kiekvienu ruožu, turinčiu šešis gliukozės vienetus. Atstumas tarp dviejų šakotųjų taškų yra 10-14 gliukozės likučių. Glikogeną lengvai hidrolizuoja ∞-ir β-amilazės, kad gautų atitinkamai gliukozę ir maltozę.

3. Inulinas:

Tai frukano sandėliavimo polisacharidas, turintis Dahlia ir susijusių augalų šaknis ir gumbavaisius. Inulinas nėra metabolizuojamas žmogaus organizme ir lengvai filtruojamas per inkstus. Todėl jis naudojamas inkstų funkcijos tyrimui, ypač glomeluliniam filtravimui.

B. Struktūrinis polisacharidas:

Jie yra polisacharidai, kurie dalyvauja formuojant ląstelių sienelių struktūrinį darbą augaluose ir gyvūnų skelete. Struktūriniai polisacharidai yra dviejų tipų; chitinas ir celiuliozė.

1. Chitinas:

Tai kompleksinis heteropolisacharido tipo angliavandenis, kuris randamas kaip grybelinių sienelių (grybelių celiuliozės) ir vabzdžių ir vėžiagyvių exoskeleto struktūrinis komponentas. Chitinas yra N-acetil-D-gliukozamino homopolimeras β (1 → 4) jungtyje su nešakota konfigūracija.

2. Celiuliozė:

Didžiausias ląstelių sienelės ir struktūrinis polisacharidas augalų pasaulyje yra celiuliozė, linijinis D-gliukozės polimeras β (1 → 4) jungtyje. Celiuliozė taip pat randama kai kuriuose apatiniuose bestuburiuose. Tai beveik visiškai ekstraląstelinis reiškinys. Visapusiškai hidrolizuojant stipriomis rūgštimis, celiuliozė duoda tik D-gliukozę, tačiau dalinė hidrolizė duoda redukcinę disacharido ląstelių biozę, kurioje ryšys tarp D-gliukozės vienetų yra β (1 → 4).

Celiuliozė nėra prijungta nei prie α, nei β-amilazės. Daugumos žinduolių virškinimo trakte nėra fermentų, galinčių hidrolizuoti β (1 → 4) celiuliozės ryšius; todėl jie negali naudoti celiuliozės maistui. Tačiau atrajotojai, pvz., Karvė gali naudoti celiuliozę kaip maistą, nes bakterijos prieskrandyje sudaro fermentą celiuliozę, kuri hidrolizuoja celiuliozę iki D-gliukozės.

Celiuliozės molekulės nevyksta atskirai, o keletas grandinių yra išdėstytos artimai priešais. Molekulės yra laikomos kartu tarpmolekulinėmis vandenilio jungtimis tarp hidroksilo grupės vienoje molekulėje esančio gliukozės liekanų 6 padėtyje ir glikozidinio deguonies tarp dviejų gretimų molekulių gliukozės liekanų. Taip pat yra molekulinė molekulinė grandinės stiprinimas, susidarius vandenilio ryšiams tarp hidroksilo grupės, esančio trečioje vietoje, ir kito liekanos deguonies atomo.

C. Mucopolysacharidai:

Mucopolysacharidai arba gleivės yra gana dažni augaluose ir gyvūnuose. Labiausiai gausus rūgšties mukopolisacharidas yra hialurono rūgštis, esanti ląstelių sluoksniuose ir stuburinių stuburinių medžiagų, esančių stuburinių junginių audiniuose.

Pakartojamas hialurono rūgšties vienetas yra D-gliukorono rūgšties ir N-acetil-D gliukozamino disacharido junginys β (1—> 3) jungtyje. Kitas rūgšties mukopolisacharidas yra chondroitinas, kurio sieros rūgšties dariniai chondroitino -4-sulfatas ir chondroitino 6 sulfatas yra pagrindiniai struktūriniai elementai sluoksnių, kremzlių, kaulų ir kitų jungiamojo audinio struktūrose stuburiniuose gyvūnuose.

Angliavandenių biologinė reikšmė:

1. Pagrindinis energijos šaltinis:

Angliavandeniai yra gyvuliams būtini, nes jie naudojami kaip kvėpavimo takų kuras. Gyvūnų ląstelėse angliavandeniai gliukozės ir glikogeno pavidalu yra svarbus energijos šaltinis gyvybiškai svarbioms veikloms.

2. Struktūriniai elementų elementai:

Angliavandeniai yra svarbi struktūrinė medžiaga kai kuriuose gyvūnuose ir augaluose, kur jie sudaro celiuliozės sistemą.

3. Pagrindinis vaidmuo metabolizme:

Angliavandeniai vaidina pagrindinį vaidmenį aminorūgščių ir riebalų rūgščių metabolizme.

4. Specialios funkcijos:

Kai kurie angliavandeniai turi labai specifinę funkciją, pvz., Ribozę ląstelių nukleoproteinuose ir galaktozę tam tikruose lipiduose.