Көмірсулардың қасиеттері мен құрылымы. Көмірсулардың қызметі

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Адам ағзасы үшін, сондай-ақ басқа тіршілік иелері үшін энергия қажет. Онсыз ешқандай процесс жүруі мүмкін емес. Өйткені, әрбір биохимиялық реакция, әрбір ферменттік процесс немесе зат алмасу сатысы энергия көзін қажет етеді.

Сондықтан да ағзаны күш-қуатпен қамтамасыз ететін заттардың өмірлік маңызы өте үлкен және маңызды. Бұл заттар қандай? Көмірсулар, белоктар, майлар. Олардың әрқайсысының құрылымы әртүрлі, олар химиялық қосылыстардың мүлдем басқа кластарына жатады, бірақ олардың бір қызметі ұқсас - денені өмірге қажетті энергиямен қамтамасыз ету. Аталған заттардың бір тобын қарастырайық – көмірсулар.

Көмірсулардың классификациясы

Көмірсулардың құрамы мен құрылымы ашылғаннан бері олардың атымен анықталды. Шынында да, ертедегі дереккөздерге сәйкес, бұл құрылымында су молекулаларымен байланысты көміртегі атомдары бар қосылыстар тобы деп есептелді.

Толығырақ талдау, сондай-ақ осы заттардың әртүрлілігі туралы жинақталған ақпарат барлық өкілдердің тек осындай құрамға ие емес екенін дәлелдеуге мүмкіндік берді. Дегенменбұл функция әлі де көмірсулардың құрылымын анықтайтындардың бірі болып табылады.

Бұл қосылыстар тобының қазіргі классификациясы келесідей:

1. Моносахаридтер (рибоза, фруктоза, глюкоза және т.б.).
2. Олигосахаридтер (биоздар, триоздар).
3. Полисахаридтер (крахмал, целлюлоза).

Сонымен қатар барлық көмірсуларды келесі екі үлкен топқа бөлуге болады:

• қалпына келтіру;
• қалпына келтірмейтін.

Әр топтың көмірсулар молекулаларының құрылымы толығырақ қарастырылады.

Моносахаридтер: сипаттамалары

Бұл санатқа альдегидтер (альдозалар) немесе кетондар (кетозалар) тобы және тізбек құрылымында 10-нан көп емес көміртек атомы бар барлық қарапайым көмірсулар кіреді. Негізгі тізбектегі атомдар санына қарасаңыз, моносахаридтерді мыналарға бөлуге болады:

• триоздар (глицеральдегид);
• тетроздар (эритрулоза, эритроза);
• пентозалар (рибоза және дезоксирибоза);
• гексозалар (глюкоза, фруктоза).

Барлық басқа өкілдер тізімдегілер сияқты дене үшін маңызды емес.

Молекулалардың құрылыс ерекшеліктері

Құрылысы бойынша монозалар тізбек түрінде де, циклдік көмірсулар түрінде де ұсынылуы мүмкін. Бұл қалай болады? Мәселе мынада, қосылыстағы орталық көміртек атомы ерітіндідегі молекула айнала алатын ассиметриялық орталық болып табылады. Осылайша L- және D-тәрізді моносахаридтердің оптикалық изомерлері түзіледі. Сонымен біргетүзу тізбек түрінде жазылған глюкоза формуласын альдегид тобы (немесе кетон) ойша ұстап, допқа айналдыра алады. Сәйкес циклдік формула алынады.

Моноз қатарындағы көмірсулардың химиялық құрылымы өте қарапайым: тізбекті немесе циклді құрайтын көміртегі атомдарының саны, олардың әрқайсысынан гидроксил топтары мен сутегі атомдары әртүрлі немесе бір жағында орналасқан. Егер бір аттас құрылымдардың барлығы бір жағында болса, онда D-изомер түзіледі, егер олар бір-бірінің кезектесуімен әртүрлі болса, онда L-изомер түзіледі. Глюкоза моносахаридтерінің ең көп тараған өкілінің жалпы формуласын молекулалық түрде жазсақ, онда ол келесідей болады: _{. Сонымен қатар, бұл жазба фруктозаның құрылымын да көрсетеді. Өйткені, химиялық тұрғыдан бұл екі моноза құрылымдық изомерлер болып табылады. Глюкоза - альдегидті спирт, фруктоза - кетоспирт.}

Бірқатар моносахаридтердің көмірсуларының құрылымы мен қасиеттері өзара тығыз байланысты. Шынында да, құрылымның құрамында альдегидтік және кетондық топтардың болуына байланысты олар альдегидтік және кетоспирттерге жатады, бұл олардың химиялық табиғатын және олардың түсуге қабілетті реакцияларын анықтайды.

Осылайша, глюкоза келесі химиялық қасиеттерді көрсетеді:

1. Карбонил тобының болуына байланысты реакциялар:

• тотығу - «күміс айна» реакциясы;
• жаңа тұндырылған мыс (II) гидроксиді - альдон қышқылымен;
• күшті тотықтырғыштар альдегидті ғана емес, сонымен қатар бір гидроксил тобын да айналдыра отырып, екі негізді қышқылдарды (алдар) түзе алады;
• қалпына келтіру - көп атомды спирттерге айналдырылады.

2. Молекулада құрылымды көрсететін гидроксил топтары да бар. Топтау деректері әсер еткен көмірсутек қасиеттері:

• алкилдеу қабілеті – эфирлердің түзілуі;
• ацилдену – күрделі эфирлердің түзілуі;
• мыс (II) гидроксиді үшін сапалы реакция.

3. Глюкозаның жоғары спецификалық қасиеттері:

• бутирикалық;
• алкоголь;
• сүт қышқылы ашыту.

Ағзада орындалатын функциялар

Монозалар қатарындағы көмірсулардың құрылымы мен қызметі бір-бірімен тығыз байланысты. Соңғысы, ең алдымен, тірі организмдердің биохимиялық реакцияларына қатысудан тұрады. Бұл жағдайда моносахаридтер қандай рөл атқарады?

1. Олиго- және полисахаридтерді өндіру үшін негіз.
2. Пентозалар (рибоза және дезоксирибоза) АТФ, РНҚ, ДНҚ түзілуіне қатысатын ең маңызды молекулалар. Және олар, өз кезегінде, тұқым қуалайтын материалды, энергияны және ақуызды негізгі жеткізушілер болып табылады.
3. Адам қанындағы глюкоза концентрациясы осмостық қысымның және оның өзгерістерінің шынайы көрсеткіші болып табылады.

Олигосахаридтер: құрылым

Бұл топтағы көмірсулардың құрылымы құрамында моносахаридтердің екі (диозы) немесе үш (триоза) молекуласының болуына дейін төмендейді. Сондай-ақ 4, 5 немесе одан да көп құрылымды (10-ға дейін) қамтитындары бар, бірақ ең көп таралғаны дисахаридтер. Яғни, гидролиз кезіндеқосылыстар ыдырап глюкоза, фруктоза, пентоза және т.б. Бұл категорияға қандай қосылыстар жатады? Типтік мысал – сахароза (қара қант), лактоза (сүттің негізгі құрамдас бөлігі), мальтоза, лактулоза, изомалтоза.

Осы сериядағы көмірсулардың химиялық құрылымы келесі ерекшеліктерге ие:

1. Жалпы молекулалық түр формуласы: C₁₂H₂₂O_11.
2. Дисахаридтік құрылымдағы екі бірдей немесе әртүрлі моноза қалдықтары гликозидтік көпір арқылы бір-бірімен байланысқан. Бұл қосылыстың табиғаты қанттың төмендету қабілетін анықтайды.
3. Дисахаридтерді азайту. Бұл түрдегі көмірсулардың құрылымы альдегидтің гидроксилдері мен әртүрлі монос молекулаларының гидроксил топтары арасында гликозидтік көпірдің түзілуінен тұрады. Оларға мыналар жатады: мальтоза, лактоза және т.б.
4. Тотықсыздандырмайтын - сахарозаның типтік мысалы - альдегидтік құрылымның қатысуынсыз тек сәйкес топтардың гидроксилдері арасында көпір түзілгенде.

Осылайша, көмірсулардың құрылымын қысқаша молекулалық формула ретінде көрсетуге болады. Егер егжей-тегжейлі егжей-тегжейлі құрылым қажет болса, оны Фишердің графикалық проекциялары немесе Ховорт формулалары арқылы бейнелеуге болады. Нақтырақ айтсақ, екі циклдік мономерлер (моноздар) бір-бірінен гликозидтік көпір арқылы байланысқан немесе әртүрлі немесе бірдей (олигосахаридке байланысты). Құрастыру кезінде қосылымды дұрыс көрсету үшін қалпына келтіру мүмкіндігін ескеру қажет.

Дисахарид молекулаларының мысалдары

Егер тапсырма: «Көмірсулардың құрылымдық ерекшеліктеріне назар аударыңыз» түрінде болса, онда дисахаридтер үшін алдымен оның қандай моноза қалдықтарынан тұратынын көрсеткен дұрыс. Ең көп таралған түрлері:

• сахароза - альфа-глюкоза мен бета-фруктозадан жасалған;
• мальтоза - глюкоза қалдықтарынан;
• cellobiose - екі D-формалы бета-глюкоза қалдықтарынан тұрады;
• лактоза - галактоза + глюкоза;
• лактулоза - галактоза + фруктоза және т.б.

Содан кейін қолда бар қалдықтарға сәйкес гликозидтік көпірдің түрін нақты көрсететін құрылымдық формуланы құрастыру керек.

Тірі организмдер үшін маңызы

Дисахаридтердің рөлі де өте маңызды, тек құрылымы ғана маңызды емес. Көмірсулар мен майлардың функциялары әдетте ұқсас. Негіз - энергия құрамдас бөлігі. Дегенмен, кейбір жеке дисахаридтер үшін олардың нақты мағынасын беру керек.

1. Сахароза адам ағзасындағы глюкозаның негізгі көзі болып табылады.
2. Лактоза сүтқоректілердің емшек сүтінде, оның ішінде әйелдер сүтінде 8%-ға дейін кездеседі.
3. Лактулоза медициналық қолдану үшін зертханада алынады және сүт өнімдеріне қосылады.

Адам ағзасындағы және басқа тіршілік иелеріндегі кез келген дисахарид, трисахарид және т.б. монозалар түзу үшін лезде гидролизден өтеді. Дәл осы қасиет адамдардың көмірсулардың осы класын шикі, өзгермеген күйінде (қызылша немесе құрақ қант) пайдалануының негізі болып табылады.

Полисахаридтер: молекулалардың ерекшеліктері

Бұл қатардағы көмірсулардың қызметі, құрамы және құрылымы тірі организмдер үшін де, адамның шаруашылық қызметі үшін де үлкен маңызға ие. Алдымен, қандай көмірсулардың полисахаридтер екенін анықтау керек.

Олар көп:

• крахмал;
• гликоген;
• murein;
• глюкоманнан;
• целлюлоза;
• декстрин;
• галактоманнан;
• муромин;
• пектикалық заттар;
• амилоза;
• хитин.

Бұл толық тізім емес, жануарлар мен өсімдіктер үшін ең маңыздысы ғана. «Бірқатар полисахаридтердің көмірсуларының құрылымдық ерекшеліктерін белгіле» тапсырмасын орындасаңыз, ең алдымен олардың кеңістіктік құрылымына назар аудару керек. Бұл гликозидтік химиялық байланыстармен өзара байланысқан жүздеген мономерлік бірліктерден тұратын өте көлемді, алып молекулалар. Көбінесе полисахарид көмірсу молекулаларының құрылымы қабаттық композиция болып табылады.

Мұндай молекулалардың белгілі бір классификациясы бар.

1. Гомополисахаридтер - моносахаридтердің бірдей қайталанатын бірліктерінен тұрады. Монозаларға байланысты олар гексозалар, пентоздар және т.б. болуы мүмкін (глюкандар, маннандар, галактандар).
2. Гетерополисахаридтер - әртүрлі мономер бірліктері арқылы түзілген.

Сызықтық кеңістіктік құрылымы бар қосылыстар, мысалы, целлюлозаны қамтуы керек. Полисахаридтердің көпшілігінің тармақталған құрылымы бар - крахмал, гликоген, хитин және т.б.

Тірі ағзалардағы рөлі

Көмірсулардың бұл тобының құрылымы мен қызметтері барлық тіршілік иелерінің тіршілік әрекетімен тығыз байланысты. Мәселен, мысалы, резервтік қоректік зат түріндегі өсімдіктер өркеннің немесе тамырдың әртүрлі бөліктерінде крахмал жинайды. Жануарлар үшін энергияның негізгі көзі қайтадан полисахаридтер болып табылады, олардың ыдырауы айтарлықтай көп энергия шығарады.

Көмірсулар жасуша құрылымында өте маңызды рөл атқарады. Көптеген жәндіктер мен шаянтәрізділердің жамылғысы хитиннен, муреин - бактерия жасуша қабырғасының құрамдас бөлігі, целлюлоза - өсімдіктердің негізі.

Жануарлардан алынатын қоректік зат – бұл гликоген молекулалары, немесе, әдетте, жануар майы. Ол дененің жекелеген бөліктерінде сақталады және тек энергияны ғана емес, сонымен қатар механикалық әсерлерден қорғау қызметін де орындайды.

Ағзалардың көпшілігі үшін көмірсулардың құрылымы үлкен маңызға ие. Әрбір жануар мен өсімдіктің биологиясы тұрақты, сарқылмайтын қуат көзін қажет ететіндей. Мұны тек олар ғана бере алады, ең бастысы полисахаридтер түрінде. Сонымен, метаболикалық процестердің нәтижесінде 1 г көмірсулардың толық ыдырауы 4,1 ккал энергияның бөлінуіне әкеледі! Бұл максимум, енді қосылым жоқ. Сондықтан көмірсулар кез келген адам мен жануардың рационында болуы керек. Ал өсімдіктер өздеріне қамқорлық жасайды: фотосинтез процесінде крахмалды өз ішінде түзіп, оны сақтайды.

Көмірсулардың жалпы қасиеттері

Майлардың, белоктардың және көмірсулардың құрылымыжалпы ұқсас. Өйткені, олардың барлығы макромолекулалар. Тіпті олардың кейбір функциялары ортақ сипатқа ие. Планетаның биомассасының өміріндегі барлық көмірсулардың рөлі мен маңыздылығын қорытындылау керек.

1. Көмірсулардың құрамы мен құрылымы олардың өсімдік жасушаларының, жануарлар мен бактериялардың қабықшаларының қабығы үшін құрылыс материалы ретінде қолданылуын, сондай-ақ жасушаішілік органеллалардың түзілуін білдіреді.
2. Қорғау функциясы. Ол өсімдік ағзаларына тән және тікенектер, тікенектер және т.б. түзілуінде көрінеді.
3. Пластикалық рөл - өмірлік маңызды молекулалардың (ДНҚ, РНҚ, АТФ және т.б.) түзілуі.
4. Қабылдағыш функциясы. Полисахаридтер мен олигосахаридтер жасуша мембранасы арқылы тасымалдаудың белсенді қатысушылары, әсерлерді түсіретін «қорғаулар».
5. Энергия рөлі ең маңызды. Барлық жасушаішілік процестерді, сондай-ақ тұтастай алғанда бүкіл ағзаның жұмысын максималды энергиямен қамтамасыз етеді.
6. Осмостық қысымды реттеу – глюкоза мұны басқарады.
7. Кейбір полисахаридтер қоректік қоректік затқа, жануарлар үшін қуат көзіне айналады.

Осылайша, майлардың, белоктардың және көмірсулардың құрылымы, олардың қызметі мен тірі жүйелер ағзаларындағы рөлі шешуші және шешуші мәнге ие екені анық. Бұл молекулалар тіршілікті жасаушылар, олар да оны сақтайды және қолдайды.

Басқа макромолекулалық қосылыстармен көмірсулар

Көмірсулардың таза күйінде емес, басқа молекулалармен қосылатын рөлі де белгілі. Олардың ішінде ең көп таралғандары барсияқты:

• гликозаминогликандар немесе мукополисахаридтер;
• гликопротеиндер.

Бұл түрдегі көмірсулардың құрылымы мен қасиеттері айтарлықтай күрделі, өйткені әртүрлі функционалдық топтар комплекске біріктірілген. Бұл типтегі молекулалардың негізгі рөлі - организмдердің көптеген өмірлік процестеріне қатысу. Өкілдері: гиалурон қышқылы, хондроитин сульфаты, гепаран, кератан сульфаты және т.б.

Басқа биологиялық белсенді молекулалармен полисахаридтердің кешендері де бар. Мысалы, гликопротеидтер немесе липополисахаридтер. Олардың болуы ағзаның иммунологиялық реакцияларының қалыптасуында маңызды, өйткені олар лимфа жүйесінің жасушаларының бөлігі болып табылады.